第八章材料力学性质PPT课件.ppt

第八章：材料力学性质;1、晶体的塑性变形 材料在外力去除后仍保持部分应变的特性称为塑性. 一、变形机制 强度：材料施加应力时，达到某个应力之前不发生塑性变形和断裂，这种承受能力； 晶体的变形与： 环境因素（温度 T）和施加应力（σ）有关； 通过力学性能实验，可得材料变形机制图； 确定变形温度 T—σ 变形应力； 实验有多种：;G/σ;二、晶体的滑移变形 晶体的塑性变形主要是：滑移变形 滑移是指在剪切应力的作用下,晶体的一部分相对于另一部分 发生平移滑动. 滑移带与滑移线的关系 — 如单晶体的滑移变形 首先：使条纹沿特定晶面（滑移面）向特定方向（滑移方向）偏移，一组滑移方向和滑移面称 — 滑移系：{hkl}，lmn hkl 滑移面：晶格面间距最宽的面； lmn 滑移方向：晶格矢量最短的方向；;滑移带与滑移线的关系 ;三、金属的塑性特征 材料发生塑性变形而不断裂的能力称为延展性。 只有金属晶体有延展性； 原因：金属晶体结构致密（与陶瓷等比）。 设：h — 晶格面间距；b — 伯格斯矢量大小；h/b — 越大，越易滑移（由晶格周期性决定）；位错中附带派尔斯势场； 派尔斯势场： 所有相同滑移系中，晶体往哪个滑移系滑移，由派尔斯势场决定； 指由于位错本身能量遵循晶体点阵周期性，其势能在变化。;派尔斯势场消失的温度： 说明：h/b 值越大，滑移系越容易滑动。 滑移系滑移难易度由 h/b 的值和 b 本身的值决定! 金属加工性能好，由它的晶体结构简单所决定！;派尔斯势力：设晶格面间距为 h，弹性模量 G；则： 位错滑移所需要的临界切应力， 依赖于 h/b；;2、位错的运动和塑性 一、位错运动的阻抗 晶体的强度由位错运动的阻抗确定，以下几点决定： 1）派尔斯势 原子间距变动短程势能，由晶体种类决定。 由派尔斯势控制的位错滑移难易程度由 b 和 h/b 的值决定。 金属中派尔斯势： bcc — 低温变形； hcp — 非底面滑移。;2）滑移位错与其他位错的相互作用 对晶体塑性变形，位错密度增加，晶体变硬 — 加工硬化； 下图所示： 间距为 h 的滑移面上正负位错相互作用应力，是水平???离 x 的函数： ;晶体塑性变形，使位错密逐渐增加，增加后的位错间有相互作用，使某些位错难运动（增加位错运动阻抗），增加晶体强度。 重要的是正负位错使滑移面交错，形成稳定位错偶极子； 大量偶极子形成多极子，如穿透滑移面，形成林位错。 滑移位错受林位错作用，对应变形应力： ;;3）位错与固溶原子的相互作用 主要有： 弹性相互作用、 化学相互作用、 电的相互作用和 几何相互作用。 最主要：弹性相互作用； ;（a）尺寸效应： 母体晶体原子和固溶原子由于尺寸不同在位错周围产生不同静水压; （b）弹性模量效应： 固溶原子转换使转换处弹性模量发生局部变化，引起位错应变能发生相应变化。;置换固溶原子 应用尺寸效应刃型位错与固溶原子的相互作用能： 应变能的变化：;填隙固溶原子 相互作用能： 可见：填隙原子比转换型原子对位错的影响大得多！;4）位错与析出物的相互作用 析出物和弥散粒子阻碍位错运动，使晶体变硬。 析出物分共格和非共格析出物； （a）共格析出物： 有与固溶原子一样的尺寸效应和弹性模量效应，位错不管是切割析出物还是绕过析出物，都要有一定的能量才能实现； （b）非共格析出物： 母相中的位错不能切割析出物时，析出物形成非常强的障碍；;;（2）屈 服 应力 — 应变曲线在弹性变形区为直线，表示材料韧性的基本性质； 但如形变从弹性变形转为塑性变形时，发生弯曲，称 — 材料的屈服。 此时应力为 — 屈服应力。;屈服的各种形态;下式： ? — 晶体塑性变形速度，N — 瞬间运动位错密度， v — 平均滑移运动速度，? — 晶体取向因子； (a) 位错发生增殖屈服称增殖控制的屈服， (b) 可动位错变化屈服称可动性控制的屈服。 为使应变速度一定， 值使塑性变形减小；达上屈服应力后，变性应力下降，屈服点下降；位错密度增加，位错间相互作用发生加工硬化，变形应力经过极小值后增加，该极小点为下屈服应力。;（3）加工硬化 对晶体塑性变形，位错密度增加，晶体变硬 — 加工硬化； 利用塑性加工引起加工硬化现象 — 如钢琴丝，强韧性通过强加工形成； 原 因：塑性变形引起晶体中大量位错逐渐塞积，从而使发生形变变得困难。 硬化的大小与位错密度的方根成正比； 在电子显微镜观察实验得到验证，称为利 — 赫许关系;（4）固溶硬化和沉淀硬化 a）点障碍引起的硬化： 固溶原子和微小析出物可近似看成位错运动的点障碍。 点障碍引起的形变阻抗为：;b）高浓度固溶体的强度： 高浓度固溶体，固溶原子不再随机分布，而