课件：第五章固体材料的变形与断裂.ppt

固体材料的变形与断裂 主讲人：张立斌 第 五 章 固 体 材 料 的 变 形 与 断 裂 5.1 弹性变形 5.2 单晶体的塑性变形 5.3 多晶体的塑性变形 5.4 塑性变形对金属组织与性能的影响 5.5 金属及合金强化的位错解释 5.6 断裂 第 五 章 固 体 材 料 的 变 形 与 断 裂 5.1 弹性变形 材料的变形方式主要由三种，分别为：弹性变形、塑性变形和粘性变形。金属材料多为前两种变形，而有些高分子材料可能发生第三种变形。 1、材料的变形方式： 2、弹性变形： E或G表示使原子离开平衡位置的难易程度，只取决于晶体的原子结合本性，而与晶粒大小以及组织变化无关，属于组织不敏感性质参数。E（G）共价键材料E（G）金属（离子）键材料E（G）分子键材料 第 五 章 固 体 材 料 的 变 形 与 断 裂 2、弹性变形： 滞弹性时，应力应变曲线所包围的面积表示应力循环一周所消耗的能量，叫内耗。 2.1、完全弹性体： 应变随着应力瞬时达到平衡值，而与时间无关； 2.2、滞弹性： 在弹性范围内，载荷变化时，应变随时间逐渐达到平衡值，即与时间有关： 2.3、内耗： 5.1 弹性变形 第 五 章 固 体 材 料 的 变 形 与 断 裂 5.2 单晶体的塑性变形 1、单晶体塑性变形的方式： 常温下有三种：滑移、孪生、扭折； 晶体的一部分相对另一部分 沿着一定晶面和晶向的运动。 2、滑移： 试样表面出现的滑移变形的痕迹，它是由相互平行的滑移线组成；而滑移线又是由微小的滑移台阶造成的。 3、滑移带 高温下还有扩散蠕变、晶界滑动。 第 五 章 固 体 材 料 的 变 形 与 断 裂 5.2 单晶体的塑性变形 位错运动所受的阻力即派纳力为 4、滑移系 式中：G—切变模量，ν—泊桑比，a—晶面间距，b—原子间距。 晶体内一个滑移面和滑移面上的一个滑移方向组成了滑移系 第 五 章 固 体 材 料 的 变 形 与 断 裂 5.2 单晶体的塑性变形 5、滑移系与塑性的关系： 滑移系多，塑性好； 6、临界分切应力 Ф λ P n 滑移方向 A 刚好使滑移开始进行的切应力叫临界分切应力 P在滑移方向上的分力为Pcosλ， 滑移面为一个椭圆其面积为 ， 则切应力为 第 五 章 固 体 材 料 的 变 形 与 断 裂 5.2 单晶体的塑性变形 6、临界分切应力 当 时，对应的切应力达到临界分切应力 与材料的属性及温度等有关，当条件一定时， 为定值。 当滑移方向、滑移面法线及外力轴共面时，有λ+Ф=90O；此时，如果λ=Ф=45O时，cosλcosФ取得极大值，故 取得极小值， 第 五 章 固 体 材 料 的 变 形 与 断 裂 5.2 单晶体的塑性变形 外力在滑移面上可以分解成正应力和切应力，而该正应力和切应力均会产生力偶，在该力偶的作用下，使晶体发生转动。 7、晶体转动： 转动后，原容易滑移的位向转到不易滑移位向上，而原来处于不容易滑移的位向则转到容易滑移的位向上而继续滑移。 8、多滑移与交滑移 有两组及以上的滑移系同时开始滑移叫多滑移 位错从一个滑移面过渡到与之平行的另一个滑移面上沿着同一个滑移方向继续滑移的现象叫交滑移。因为刃型位错的滑移面是唯一的（位错线与柏氏矢量构成），故不能发生交滑移；只有螺型位错才可能发生交滑移。 第 五 章 固 体 材 料 的 变 形 与 断 裂 5.2 单晶体的塑性变形 晶体内部的一部分沿一定晶面（孪晶面）和晶向（孪晶方向）相对另一部分发生均匀切变的过程。 9、孪生： 10、孪生变形的特点 ①.孪生使晶体的一部分发生均匀的切变，而滑移只集中在一些滑移面上； ②.孪生后晶体变形部分的位向发生了改变，而后者则不变 ③.同一结构的孪生面与方向和滑移面与方向可以不同 ④.两者的应力－应变曲线不同； ⑤.前者的临界分切应力大于后者。 通常情况下，滑移先进行，当其受阻时，才有可能发生孪生。孪生后，使晶体的位向发生改变，原来处于硬位向的滑移系转到软位向，从而激发了晶体的进一步滑移 第 五 章 固 体 材 料 的 变 形 与 断 裂 5.3 多晶体的塑性变形 1、单晶体与多晶体塑性变形的异同点： 1.1、相同点： 变形条件与方式相图（切应力）（滑移、孪生）； 1.2、不同点： ①、变形受晶界的阻碍； ②、变形受相邻晶粒位向的阻碍： ③、各晶粒变形不同步； ④、各晶粒变形不均匀。 第 五 章 固 体 材 料 的 变 形 与 断 裂 5.3 多晶体的塑性变形 2、多晶体塑性变形过程 2 3 P A 产生应力集中： 若晶粒大，则r↑→L↑ →n↑ →应力↑ →临近滑移系开动， 塑性变形由一个晶粒过渡到相邻的另一个晶粒继续