无机非金属材料塑性变形.docx

太原工业学院专业：无机非金属材料工程班级学号：112073204姓名：王子静金属材料与无机非金属材料在塑性变形能力方面的差异摘要:介绍了塑性变形的宏观定义、微观解释，晶体的滑移和孪生，屈服极限与屈服点，滑移系统，滑移带与滑移线的关系，临界分解剪切应力，位错的产生及位错运动与材料宏观上塑性变形的关系等基本概念，这样使读者了解与塑性变形有关的理论知识。之后从各个角度分析了金属材料与无机非金属材料在塑性变形能力方面的差异：第一、分析造成金属与无机非金属晶体滑系统移差异的原因及其对塑性形变的影响；第二、介绍金属与无机非金属位错运动运动的激活能及分析其对塑性形变的影响；第三、介绍金属与无机非金属材料位错运动运动的速度及分析其对塑性形变的影响；第四、介绍金属与无机非金属材料形变速率及着重分析柏格斯矢量对塑性变形的影响；第五、介绍多晶体的塑性形变。关键字：金属材料 非金属材料 多晶材料 塑性变形 滑移 滑移系统 孪生 临界分解剪切应力 位错 激活能 速度 形变速率正文：一、塑性变形及其相关基本概念的介绍 1、塑性变形的宏观定义：使固体产生变形的力，在超过该固体的屈服应力后，出现能使该固体长期保持其变形后的形状或尺寸，即非可逆性能。 屈服应力：当外力超过物体弹性极限，达到某一点后，在外力几乎不增家加的情况下，变形骤然加快，此点为屈服点，达到屈服点的应力。屈服是材料由弹性变形向弹 — 塑性变形过渡的明显标志。2、塑性变形的微观解释：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。晶体中的塑性形变有两种基本方式： 滑移和孪生。3、滑移 ：晶体受力时，晶体的一部分相对另一部分发生平移滑动。滑移只能在切应力的作用下发生。产生滑移的最小切应力称临界切应力。在晶体中有许多族平行晶面，每一族晶面都有一定面间距，且晶面指数小的面，原子的面密度越大，面间距越大，原子间的作用力小，易产生相对滑动。晶体形变后，表面出现一些条纹，在显微镜下可以看到这些条纹组成一些滑移带。滑移系统：包括滑移方向和滑移面，即滑移按一定的晶面和方向进行。 滑移方向与原子最密堆积的方向一致，滑移面是原子最密堆积面。滑移带与滑移线的关系 ：在高倍显微镜数下，可以发现滑移带是由更细的滑移线所组成。滑移线的集合构成滑移带。通常，滑移带是很狭窄的，所以在单晶试样拉伸时，往往观察到的是呈线状的滑移带。随外力的加大，试样表面线状的滑移带数量不断增多，且出现在一组以上的晶面上。4、孪生：孪生是指晶体的一部分沿一定晶面和晶向相对于另一部分所发生的切变。发生切变的部分称孪生带或孪晶，沿其发生孪生的晶面称孪生面，孪生的结果使孪生面两侧的晶体呈镜面对称。与滑移相比孪生使晶格位向发生改变，所需切应力比滑移大得多, 变形速度极快, 接近声速；孪生时相邻原子面的相对位移量小于一个原子间距。如图（滑移与孪生）：5、临界分解剪切应力：在剪切应力作用下位错线滑移，并在表面形成台阶，这就是塑性变形后在表面形成滑移带的本质。那么在拉伸外力作用下，如何能导致位错线滑移？外力 P 作用在面积为 A 的园柱体上，在滑移面上产生的分切应力：显然，只有 τ 值大于和等于某一个临界值，柱体的上下两部分才会相对的滑移，产生宏观的塑性变形。这个分切应力就称为临界分切应力 τ c 。6、位错的产生：滑移是由一个有限的小面积畸变区穿过晶体的运动而产生，这一畸变区域为位错。为使宏观塑性形变得以发生，就需要使位错发生运动。塑性变形特征不仅与形成位错所需的能量有关，还和任一特定速度保持位错运动所需力有关。二、金属材料与无机非金属材料在塑性变形能力方面的差异1、金属与无机非金属晶体滑移系统角度 如果晶体只有一个滑移系统，产生的滑移机会小；如果有多个滑移系统时， τ 达到τc的机会就多，产生的滑移机会多。 对于金属材料，一般由一种原子组成，结构简单，金属键无方向性，滑移系统多，如体心立方金属晶体滑移系统就有 48 种之多，金属晶体晶面易发生滑移，所以更易产生位错，也就更易发生塑性变形。 对于无机非金属材料，结构复杂，组成复杂，离子键或共价键具有明显的方向性，滑移系统少，非金属晶体晶面易发生滑移，所以不易产生位错，也就不易发生塑性变形，只有少数无机非金属材料在室温下具有延展性，这些晶体都是属于NaCl型结构的离子晶体结构，如KCl,