第一章1.2 材料的塑性、蠕变性与超塑性 - 副本.ppt

1.2 材料的塑性、蠕变性与超塑性 塑性形变：微观结构相邻部分产生永久性位移，在外力移去后形变不能恢复的现象。 材料直到断裂所经受塑性形变的程度称为延展性。如果一种材料在断裂前不发生或只发生很小的塑性形变，那么这种材料是脆性的。 1.2.1 晶体的塑性形变 滑移 孪晶 1. 晶格滑移 滑移：晶体的一部分相对另一部分平移滑动。 滑移面和滑移方向的组合称为滑移系。 滑移系越多，塑性越好，但不是唯一因素？ 结构中最小结构单元越小，越容易发生滑移，因此在最密排面上最容易滑移 滑移发生在密排方向上，因为在此方向上两个平衡原子之间的距离最短，滑移所需能量最小 滑移面面积：S/cos ?； F在滑移面上分剪力：Fcos ?； 滑移面上分剪应力： ?= Fcos?/(S/cos ?)=(F/S)cos?cos? 在同样外应力作用下，引起滑移面上剪应力大小决定 cos ? cos ?的大小； 滑移系统越多， cos ? cos ?大的机会就多，达到临界剪切应力的机会也越多。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? F 滑移面 滑移方向 ? ? S 临界分解剪切应力 P8—图1.8-1.9 板书 理想晶体中，原子间作用力近似正弦变化，b表示原子间的距离，d表示面间距，图中发现当原子位移量u达到b/4时，引力达到最大。剪切应力客服这一最大引力，即发生永久变形，此时的剪切应力就是晶体的理论剪切强度： 以上是近似的推导，更精确的推导可以得到理论剪切强度为G/30~G/10 实测的剪切强度比理论值要低几个数量级 金属 金属键无方向性 结构简单 滑移系统多 金属与非金属晶体滑移难易的比较 非金属 共价键或离子键有方向 结构复杂 滑移系统少 多晶体的塑性变形 多晶体中每个晶粒变形的基本方式与单晶体相同 相邻晶粒之间的取向 晶界 多晶体特点 多晶体的塑性变形特点 1. 各晶粒变形的不同时性 2. 各晶粒变形的相互协调性 3. 各晶粒变形的不均匀性 多晶体有不同取向的晶粒组成，塑性变形时，晶粒取向不同，位错滑移时，晶粒之间相互制约、影响，细化晶粒提高材料的强度 晶粒细化 晶粒越细，单位体积中晶粒数量越多，变形时同样的形变量便可分散在更多的晶粒中发生，晶粒转动的阻力小，晶粒间易于协调，产生较均匀的变形，不致于造成局部的应力集中，而引起裂纹的过早产生和发展，因而断裂前便可发生较大的塑性变形量，细化晶粒可以提高延性 从原子尺度变化解释塑性形变：当构成晶体的一部分原子相对于另一部分原子转移到新平衡位置时，晶体出现永久形变，晶体体积没有变化，仅是形状发生变化。 如果所有原子同时移动，需要很大能量才出现滑动，该能量接近于所有这些键同时断裂时所需的离解能总和； 由此推断产生塑变所需能量与晶格能同一数量级； 实际测试结果：晶格能超过产生塑变所需能量几个数量级。 塑性形变的机理（位错运动理论） 影响因素 缺陷类型 缺陷形貌 晶体结构和键型 本征缺陷 点缺陷 空位，填隙原子 线缺陷 刃位错 螺旋位错 较大缺陷 空洞，气孔 面缺陷 晶界 外来缺陷 杂质 晶格或晶界固溶非连续第二相物质 影响塑性形变的因素 1.2.2 材料的高温蠕变 蠕变是在高温条件下，受到恒定应力作用，随着时间的增长持续发生形变的现象，即时间－－应变的关系。 在高温条件下，借助于外应力和热激活的作用，形变的一些障碍物得以克服，材料内部质点发生了不可逆的微观过程。 1. 各阶段的特点 延 伸 率 × 10-2 8 6 4 2 0 0 100 200 300 400 500 600 时间（小时） 第一阶段蠕变 第二阶段蠕变 第三阶段蠕变 2.3.1 典型的蠕变曲线 起始段，在外力作用下，发生瞬时弹性形变，即应力和应变同步。 （1） 弹性形变阶段 其特点是应变速率随时间递减，持续时间较短，应变速率有如下关系： U=d?/dt=At-n 低温时n=1，得：?=Blnt 高温时n=2/3，得： ?=Bt-2/3 此阶段类似于可逆滞弹性形变。 （2）第一阶段蠕变（蠕变减速阶段或过渡阶段） 此阶段的形变速率最小，且恒定，也为稳定态蠕变。形变与时间的关系为线性关系： ?=Kt