第3章 材料的形变.ppt

材料科学基础 Fundamentals of Materials Science 　　 课程编号：　　　　　　　 主讲：材料学院：卫广智 电话　　　　　　 塑性变形，称бS点为屈服强度。 工程上бS点的确定常以去处外力后，发生0.1%或0.2%的残余变形的应力为标准。 超过бS点后，应力-应变关系曲线就不再是线性关系，随着变形程度的增大，变形抗力也增加，要继续变形，必须增加外力，这种现象叫加工硬化。 曲线的最高点бb称为抗拉强度，它是材料极限承载能力。在应力未达到бb以前，试样只发生均匀伸长，当应力达到бb时，试样局部截面开始变细，称为“颈缩”，力学也叫开始失稳。 在继续拉伸，颈缩处截面越来越细，最后不能承受外力迅速断裂。 图5-1所画出的是条件应力-应变曲线，计算应力时是以试样原截面尺寸为基础，计算应变时也是以原试样长度为基础。显然，这样的计算 ①、变形是可逆的，去除外力变形消失。 ②、服从虎克定律，应力-应变曲线成线性关系。 在正应力下：б=Eε 在切应力下：τ=Gγ 杨氏模量E和切变模量G有以下关系；G= 弹性模量E、G是重要的物理和力学参数。弹性模量是原子间结合力的反映和度量。 5、3滑移和孪晶变形 金属在应力超过бS时，就要发生塑性变形，滑移和孪晶是金属在常温下的两种塑性变形的方式。 1、滑移机理 实际晶体在很小的外力（应力）作用下，就可发生塑性变形，就是因为晶体中存在有位错. 当位错移动一个原子间距时，实际上周围的原子中移动很小的距离，所以，尽管一个位错移出晶体表面产生了一个原子间距的台阶，并不等于晶体上半部分相对下半部分，其各个原子平面都相对移动了一个原子间距，也就是说，晶体的上、下两部分不是作整体的相对滑动。 位错每运动一次，所受阻力就周期地变化一次，假设这一周期为正弦函数，经过复杂计算（仍不是精确计算）得出位错运动的阻力（叫派—纳力） G为切变模量， 为泊松比， 晶面间距， 为柏氏矢量。 根据派—纳力可得出两个重要结论： （1）实际晶体由于位错的存在，使其开始塑性变形的应力比理论屈服极限低很多， ≈10-4G，而理论屈服极限为 。 （2）位错通常是在原子最紧密的平面和方向上运动，（即滑移面、滑移方向），原子排列最密积面，其面间距 也最大，而柏氏矢量最小的方向一定是原子密度最大的方向。当 最大， 最小， 也最小。 力表示位错运动的阻力，也表示晶体塑性变形的难易程度，的大小与晶体的结构和结合键有关。 3、滑移面和滑移方向 滑移面是原子排列最密集的平面、滑移方向是原子排列最密集的方向。 对面心立方金属其滑移面为{111}、滑移方向是110。 每个晶胞有四个滑移面、一个滑移面有三个滑移方向，所以构成12个滑移系。 对体心立方金属，原子排列最密集的平面和方向为{110}、滑移方向是111。 每个晶胞有六个110}面、一个滑移面有二个111方向，共有12个滑移系。 还可在{112}、{123}面上进行滑移，滑移方向是恒定的111方向， 即：在{110}面上111方向有12个滑移系。 在{112}面上111方向有12个滑移系。 在{123}面上111方向有24个滑移系。 共有48个滑移系。 滑移系的多少是影响金属塑性的重要因素。但塑性的好坏除与晶体结构有关外，还有杂质对变形的影响，加工硬化的影响等。 对体心立方金属有潜在的48个滑移系，但其塑性不如面心立方金属，因为48个滑移系不可能同时开动。 4 、孪晶变形 除滑移变形外，孪晶变形也是一种常见的变形方式。孪晶变形在以下几种情况是重要的。 （1）对密排六方金属 由于滑移系少，其塑性变形有时需要孪晶来调节，孪晶改变晶体的位向，促使滑移继续发生。 （2）铁在低温拉伸或低温冲击时，容易形成孪晶。 孪晶变形的特点： 晶体在切应力作用下，沿着一定的晶面（孪晶面）和晶向（孪晶方向）在一个区域内发生连续的顺序切变，如图5-9（a），晶体中的虚线部分在切应力作用 下发生了孪晶变形，这部分孪晶区域改变了晶体的原来取向，但和原晶体的取向仍保持着镜面对称的关系。孪晶改变晶体的取向，而滑移不改变晶体的取向。 孪晶变形时，晶面上原子的运动（沿一定的晶向）也不同于滑移，自孪晶面开始，在这以上各平行晶面上原子的位移和到孪晶面的距离成线性关系。 5、4单晶体的塑性变形 1 、施密特定律