第八章：材料力学性质.ppt

高温蠕变理论 1、位错运动理论 2、扩散蠕变理论 3、晶界蠕变理论 高温蠕主要有以下几种理论: 高温蠕理论 位错攀移示意图 高温蠕理论 (1)位错运动理论: 在低温下受到阻碍而难以发生运动的位错,在高温下由于热运动增 大了原子能量,使得位错克服阻碍发生运动,导致材料蠕变. 高温蠕理论 （2）扩散蠕变理论 与晶体中的扩散现象类似, 蠕变过程是应力作用下空位沿应力作用 方向扩散的一种形式. 沿晶粒内部扩散的稳态蠕变速率 沿晶界扩散扩散的稳态蠕变速率 * * 第八章：材料力学性质 材料物理导论 1、晶体的塑性变形 2、位错的运动和塑性 3、各种金属的塑性 4、高温蠕变 5、非晶态金属的强度 本章要点 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： 拉伸实验 疲劳实验 冲击实验 压缩实验 硬度实验 断裂实验 蠕变实验 材料力学性质 G/σ 表示支配各自变形机制区域的图 — 变形机制图画出了等应变速度，描述了它的晶体塑性行为 钨多晶体的变形机制 发现： 变形机制中 低温：主要为位错滑移机制 高温：主要为位错蠕动机制 材料力学性质 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； 材料力学性质 滑移带与滑移线的关系 材料力学性质 fcc 结构金属，滑移系：{111} 110，有 12 组相同的滑移系； bcc 结构金属，滑移系：{110} 111； 作用于滑移系上分切应力用施密特定律给出： ? — 轴向拉应力或压应力； ? — 滑移面法线方向和应力轴构成的角； ? — 滑移面方向和应力轴构成的角； — 施密特因子 — 施密特法则 材料力学性质 所有相同滑移系中： 单晶：对滑移系组数没有要求； 多晶：由于晶粒间相互束缚，不能随意变形，要求有 5 组独立滑移系； 原因 — 晶体塑性变形自由度为 5（空间物体均匀变形自由度 9，减去旋转 3，体积不变 1）； 该条件简称 — 冯 ? 麦塞斯条件。 材料力学性质 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。 材料力学性质 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！ 位错超越势垒过程中应力与温度的关系 派尔斯势：原子间距变动短程势能，位错可借助热势能超越势垒，图示。位错以某种速度滑移需要应力在绝对零度也必要，随温度升高而减少。T0 附近派尔斯势消失，T0 用缺陷能量确定，与 b3 和 成正比，如下式： T0 Tp 0 温度 应力 派尔斯应力 伯格斯矢量 材料力学性质 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； 材料力学性质 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