材料科学基础 材料的变形和再结晶 11.ppt

f．滑移的位错机制 实际测得晶体滑移的临界分切应力值较理论计算值低3-4个数量级，表明晶体滑移并不是晶体的一部分相对于另一部分沿着滑移面作刚性整体位移，而是借助位错在滑移面上运动来逐步地进行的。 无缺口拉伸试样,断口和三个断裂区示意图 冲击试样和三个断裂区示意图 韧断机制——微孔聚合 利用SEM，微孔分成： 微孔聚合型 解理和准解理型 晶间断裂 疲劳断裂 在SEM，微孔聚合型断裂的形貌是一个个韧窝，韧窝是微孔长大的结果，韧窝中包含着一个夹杂物或第二相，这证明微孔多萌生于夹杂物或第二相与基体的界面上。 颈缩试样锯齿状拉伸断口形成过程示意图 由于应力状态或加载方式的不同，韧窝可有三种类型 拉伸型的等轴状韧窝 剪切型的伸长韧窝 拉伸撕裂的伸长韧窝 韧窝的形状取决于应力状态，而韧窝的大小和深浅取决于第二相的数量分布以及基体的塑性变形能力，韧窝大而深，塑性好，大而浅，加工硬化能力强。 20CrMo淬火高温回火断口微孔聚合型(微孔多萌生于碳化物界面) 穿晶断裂——解理和准解理 解理断裂：为脆性断裂（宏观)(体心立方，密排六方金属) 解理面：沿着一定的结晶学平面发生的 ，这个 平面叫解理面 微孔断口形貌：河流状花样，河流的流向为裂纹扩展方向，裂纹多萌生于晶界或亚晶界 河流状花样：实际上是许多解理台阶，不是在单一的晶面上 解理断裂 解理阶 解理羽毛 准解理断裂 在实际上也有一定的塑性变形，如：贝氏体钢中，高强度钢 它是解理和微孔聚合的混合断裂 特点：主裂纹的走向不太清晰，原因是主裂纹前方常产生许多二次裂纹，裂纹多萌芽于晶粒内部。 准解理断裂 准解理 5.1弹性和粘弹性 5.1.1弹性变形的本质 弹性变形是指外力去除后能够完全恢复的那部分变形，可从原子间结合力的角度来了解它的物理本质。 图5.2 原子处于平衡位置时，其原子间距为r0，位能U处于最低位置，相互作用力为零，这是最稳定的状态。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，原子都会恢复其原来的平衡位置，所产生的变形便完全消失，这就是弹性变形。 弹性变形的主要特征是： (1)理想的弹性变形是可逆变形，加载时变形，卸载时变形消失并恢复原状。 (2)金属、陶瓷和部分高分子材料不论是加载或卸载时，只要在弹性变形范围内，其应力与应变之间都保持单值线性函数关系，即服从虎克(Hooke)定律： 在正应力下，σ= Eε， 在切应力下，τ=Gγ ， 式中: σ ,τ分别为正应力和切应力； ε , γ分别为正应变和切应变；E，G分别为弹性模量(杨氏模量)和切变模量。 5.1.2弹性变形的特征和弹性模量 弹性模量与切变弹性模量之间的关系为： 式中，υ为材料泊松比，表示侧向收缩能力。一般金属材料的泊松比在0.25~0.35之间，高分子材料则相对较大些。 弹性模量代表着使原子离开平衡位置的难易程度，是表征晶体中原子间结合力强弱的物理量。金刚石一类的共价键晶体由于其原子间结合力很大，故其弹性模量很高；金属和离子晶体的则相对较低；而分子键的固体如塑料、橡胶等的键合力更弱，故其弹性模量更低，通常比金属材料的低几个数量级。 3）弹性变形量随材料的不同而异 多数金属材料仅在低于比例极限sp的应力范围内符合虎克定律，弹性变形量一般不超过0.5%；而橡胶类高分子材料的高弹形变量则可高达1000%，但这种变形是非线性的。 多数工程上应用的材料为多晶体甚至为非晶态或者是两者皆有的物质，其内部存在各种类型的缺陷，弹性变形时，可能出现加载线与卸载线不重合、应变的发展跟不上应力的变化等有别于理想弹性变形特点的现象，称之为弹性的不完整性。 弹性不完整性的现象包括包申格效应、弹性后效、弹性滞后和循环韧性等。 5.1.3弹性的不完整性 1.包申格效应 材料经预先加载产生少量塑性变形(小于4％)，而后同向加载则?e升高，反向加载则?e下降。此现象称之为包申格效应。它是多晶体金属材料的普遍现象。 实际材料T10钢的包辛格效应 条件：T10钢淬火350℃回火 拉伸时，曲线1 σ0.2=1130M Pa 曲线2事先经过预压变形再拉伸时, σ0. 2 =880M Pa 2．弹性后效 一些实际晶体，在加载或卸载时，应变不是瞬时达到其平衡值，而是通过一种弛豫过程来完成其变化的。这种在弹性极限?e范围内，应变滞后于外加应力，并和时间有关的现象称为弹性后效或滞弹性。 — —应变落后于应力的现象 优点：滞后环面积，它可以减少振动，使振动幅度很快衰减下来。 缺点：精密仪器不希望有滞后现象 高分子滞弹性表现为粘弹性并成