学生用材料科学基础第5章PPT.ppt

第5章 材料的形变和再结晶 a点：比例极限σp,它是应力与应变成正比例的最大极限。σ=Eε 即胡克定律。 e点：弹性极限σe， ae段应力与应变不再保持正比关系，但在外力撤除后变形仍可完全消除。 s点：屈服极限σs，在屈服阶段应力不变而应变不断增加，这种现象叫屈服。 b点：强度极限σb，让试件继续变形，必须继续加载，最高点（b点）所对应的应力。 k点：应力达到强度极限后，试件局部发生剧烈收缩的现象，称为颈缩。 a σp 重要的强度指标 低碳钢在单向拉伸时的应力－应变曲线 工程上具有重要意义的强度指标 弹性极限σe 屈服极限（屈服强度）σs 强度极限（抗拉强度）σb 材料在受力时总是先发生弹性变形，即弹性变形是塑性变形的先行阶段，而且在塑性变形中还伴随着一定的弹性变形。 5.1 弹性变形 5.1.1 弹性变形的本质 定义： 外力去除后能够完全恢复的那部分变形。 从原子间结合力的角度来了解它的物理本质。 当原子受力后将偏离其平衡位置，原子间距增大时将产生引力；原子间距减小时将产生斥力。这样，外力去除后，原子都会恢复其原始位置。 弹性变形 5.1.2 弹性变形的特征和弹性模量 普弹性（应变都是瞬时达到其平衡值） 晶体发生弹性变形时．应力与应变成线性关系，去掉外力，应变完全消失，晶体恢复到未变形状态。弹性变形阶段应力与应变服从虎克定律。 正应力 正应变 杨氏模量(弹性模量） 黏弹性 黏性流动：非晶态固体和液体在很小外力作用下便会发生没有确定形状的流变，并且在外力去除后，形变不能回复。 所谓黏弹性，是指材料不但具有弹性材料的一般特征，同时还具有黏性流体的一些特征。理想弹性固体服从虎克定律，即应力正比于应变；而理想黏性流体服从牛顿定律，即应力正比于应变速率。这是两种极端的情况，实际材料的行为往往偏离这两个定律。在外力作用下，材料的应力可以同时依赖于应变和应变速率，也就是兼有固体的弹性和液态的粘性两者特征．因此称作材料的黏弹性。 黏弹性变形具有弹性变形和黏性变形的两方面特征。 黏弹性是高分子的重要力学特性之一。 5.2 晶体的塑性变形 塑性变形：材料在外力作用下发生永久变形而不被破坏的能力。 5.2.1 单晶体的塑性变形 金属的塑性变形主要通过滑移方式进行，此外还有孪生与扭折。 a. 滑移线与滑移带 将表面经磨制抛光的金属试样进行适当的塑性变形，然后作显微观察。在抛光的表面出现许多明显的滑移变形的痕迹，称为滑移带。若用电子显微镜观察，发现每条滑移带均由许多聚集在一起的相互平行的滑移线所组成。滑移线实际上是晶体表面产生的一个个滑移台阶造成的。 滑移时，滑移面与滑移方向并不是任意的。 滑移面应是面间距最大的密排面，滑移方向是原子的最密排 方向，此时滑移阻力最小。 b. 滑移系 一个滑移面和此面上的一个滑移方向合起来叫做一个滑移系。 晶体结构 滑移面 滑移方向 滑移系数目 面心立方 {111} 110 4×3＝12 体心立方 {110} {112} {123} 111 6×2＝12 密排六方 六方底面 底面对角线 1×3＝3 结论： 滑移面一般总是密排面，滑移方向一般总是密排方向。 每种晶体类型的金属都具有特定的滑移系。 滑移系数目越多，晶体的塑性越好。 体心立方结构缺乏密排程度足够高的密排面，故滑移面不太稳定，通常低温为{112}、中温为{110}，高温时为{123}，滑移方向很稳定总是〈111〉。 {112}晶面族共包括12组不同方位的晶面，每晶面上都有一个〈111〉方向。 {123}共有24组不同方位的晶面．每晶面也有一个〈111〉方向。 加上12个{110} 〈111〉滑移系，体心立方共有48个滑移系。 体心立方金属滑移系较多，故比密排六方结构金属塑性好。 但其滑移面原子密排程度不如面心立方，滑移方向的数目也少于面心立方，故体心立方金属不如面心立方金属塑性好。 c. 滑移的临界分切应力 该分切应力称为滑移的临界分切应力。 当晶体受到外力作用时，不论外力方向、大小和作用方式如何，均可将其分解成垂直某一晶面的正应力与沿此晶面的切应力。只有外力引起的作用于滑移面上、沿滑移方向的分切应力达到某一临界值时，滑移过程才能开始。 F在滑移方向上切向分力 Fτ=Fcosλ 滑移面面积 横截面上的正应力 取向因子 临界分切应力 分切应力 圆柱形单晶体 当 取向因子达到最大值(0.5) σs最小，即用最小的拉应力就能达到τk。 取向因子大的为软取向， 取向因子小的为硬取向。 当φ＝90度或当λ＝90度时，σs均为无限大，这就是说，当滑移面与外力方向平行，或者是滑移方向与外力方向垂直的情况下不可能产生滑移。 d. 滑移时晶面的转动 单晶体滑移时，除滑移面发生相对位移外，往作伴随着晶面的转功，对于只有一组