材料科学基础 第２版 教学课件 ppt 作者 石德珂 西安交通大学 主编 第八章

在线教务辅导网： 教材其余课件及动画素材请查阅在线教务辅导网QQ:349134187 或者直接输入下面地址：第四章第四章 材料的变形与断裂材料的变形与断裂l 第一节 金属变形概述l 第二节 金属的弹性变形l 第三节 滑移和孪晶变形l 第四节 单晶体的塑性变形l 第五节 多晶体的塑性变形l 第六节 纯金属的变形强化l 第七节 合金的变形与强化l 第八节冷变形金属的组织与性能l 第九节 金属的断裂l 第十节 冷变形金属的回复阶段l 第十一节 冷变形金属的再结晶l 第十二节 金属的热变形、蠕变和超塑性l 第十三节 陶瓷晶体的变形l 第十四节 高分子材料的变形l 塑性变形及随后的加热对金属材料组织和性能有显著影响。 了解塑性变形本质，塑性变形及加热时组织的变化 ,有助于发挥金属的性能潜力，正确确定加工工艺。5万吨水压机第一节 金属变形概述第二节第二节 金属的弹性变形金属的弹性变形l 单晶体受力后，外力在任何晶面上都可分解为正应力 和 切应力 。正应力只能引起弹性变形及解理断裂。 只有在切应力的作用下金属晶体才能产生塑性变形。一、单晶体金属的塑性变形外力在晶面上的分解 切应力作用下的变形 锌单晶的拉伸照片韧性断口脆性解理断口l 塑性变形的形式： 滑移和孪生。l 金属常以滑移方式发生塑性变形。 l 滑移l 滑移 是指晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分发生滑动位移的现象。第三节 滑移和孪生变形l 1、滑移变形的特点 ：l 滑移只能在 切应力 的作用下发生。 产生滑移的最小切应力称 临界切应力。l 滑移常沿晶体中原子密度最大的晶面和晶向发生。因原子密度最大的晶面和晶向之间原子间距最大，结合力最弱，产生滑移所需切应力最小。l 沿其发生滑移的晶面和晶向分别叫做 滑移面 和 滑移方向 。 通常是晶体中的 密排面 和 密排方向 。 滑移面滑移方向FFl 一个滑移面和其上的一个滑移方向构成一个 滑移系 。体心立方晶格 面心立方晶格 密排六方晶格1106 111110111晶格滑移面滑移方向滑移系三种典型金属晶格的滑移系21114362=12 43=12六方底面1底面对角线313=3六方底面底面对角线l 滑移系越多，金属发生滑移的可能性越大，塑性也越好，其中滑移方向对塑性的贡献比滑移面更大。l 因而金属的塑性，面心立方晶格好于体心立方晶格 , 体心立方晶格好于密排六方晶格。（面心立方）（密排六方）l 滑移时，晶体两部分的相对位移量是原子间距的整数倍。l 滑移的结果在晶体表面形成台阶，称 滑移线 ，若干条滑移线组成一个 滑移带 。 铜拉伸试样表面滑移带铝的杯状和锥状韧性断口多 脚 虫 的 爬 行l 2、滑移的机理l 把滑移设想为刚性整体滑动所需的理论临界切应力值比实际测量临界切应力值大 3-4个数量级 。 滑移是通过滑移面上位错的运动来实现的。l 晶体通过位错运动产生滑移时，只在位错中心的少数原子发生移动，它们移动的距离远小于一个原子间距，因而所需临界切应力小，这种现象称作 位错的易动性 。第四节 单晶体的塑性变形刃位错的运动l 孪生l 孪生 是指晶体的一部分沿一定晶面和晶向相对于另一部分所发生的切变。l 与滑移相比：l 孪生使晶格位向发生改变 ；l 所需切应力比滑移大得多 , 变形速度极快 , 接近声速 ;l 孪生时相邻原子面的相对位移量小于一个原子间距 。l 密排六方晶格金属滑移系少，常以孪生方式变形。体心立方晶格金属只有在低温或冲击作用下才发生孪生变形。 面心立方晶格金属，一般不发生孪生变形，但常发现有孪晶存在，这是由于相变过程中原子重新排列时发生错排而产生的，称 退火孪晶 。奥氏体不锈钢中退火孪晶钛合金六方相中的形变孪晶第五节 多晶体的塑性变形l 单个晶粒变形与单晶体相似 ,多晶体变形比单晶体复杂。l 晶界及晶粒位向差的影响l 1、晶界的影响l 当位错运动到晶界附近时，受到晶界的阻碍而堆积起来 ,称 位错的塞积 。要使变形继续进行 , 则必须增加外力 , 从而使金属的变形抗力提高。l 2、晶粒位向的影响l 由于各相邻晶粒位向不同，当一个晶粒发生塑性变形时，为了保持金属的连续性，周围的晶粒若不发生塑性变形，则必以弹性变形来与之协调。 这种弹性变形便成为塑性变形晶粒的变形阻力。 由于晶粒间的这种相互约束，使得多晶体金属的塑性变形抗力提高 。 l 多晶体金属的塑性变形过程l 多晶体中首先发生滑移的是滑移系与外力夹角等于或接近于 45的晶粒。 当塞积位错前端的应力达到一定程度，加上相邻晶粒的转动，使相邻晶粒中原来处于不利位向滑移系上的位错开动，从而使滑移由一批晶粒传递到另一批晶粒， 当有大量晶粒发生滑移后，金属便显示出明显的塑性变形。 铜多晶试样拉伸后形成的滑移带铜多晶试样拉伸后形成的滑移带 l 晶粒大小对金属力学性能的影响l 金属的晶粒越细，其金属的晶粒越细，其强度和硬度越高强度和硬度越高 。l 因为 金属晶粒越细，金属晶粒越细，晶界总面积越大，位晶界总面积越大，位错障碍越多错障碍越多 ； 需要协需要协调的具有不同位向的调的具有不同位向的晶粒越多晶粒越多 ，使金属塑性变形的抗力越高。晶粒大小与金属强度关系Cu-Zn合金l 金属的晶粒越细，其塑性和韧性也越高金属的晶粒越细，其塑性和韧性也越高 。l 因为 晶粒越细，单位体积内晶粒数目越多晶粒越细，单位体积内晶粒数目越多 ， 参与变参与变形的晶粒数目也越形的晶粒数目也越多，变形越均匀多，变形越均匀 ，使在断裂前发生较大的塑性变形。 强强度和塑性同时增加度和塑性同时增加 ,金属在断裂前消耗金属在断裂前消耗的功也大的功也大 ，因而其韧性也比较好。 应变应力塑性材料脆性材料通过细化晶粒来同时提高金属的强度、硬度、塑性和韧性的方法 称 细晶强化。 第七节第七节 合金的变形与强化合金的变形与强化 l 合金可根据组织分为 单相固溶体 和 多相混合物 两种。合金元素的存在，使合金的变形与纯金属显著不同。珠光体奥氏体l 一、单相固溶体合金的塑性变形与固溶强化l 单相固溶体合金组织与纯金属相同，其塑性变形过程也与多晶体纯金属相似。但 随溶质含量增加，固溶体的强度、硬度提高，塑性、韧性下降， 称 固溶强化 。l 产生固溶强化的原因 ：溶质原子与位错相互作用。溶质原子不仅使晶格发生畸变 ， 而且易被吸附在位错附近形成柯氏气团，使位错被钉扎住 ，位错要脱钉，则必须增加外力，从而使变形抗力提高。 Cu-Ni合金成分与性能关系l 二、多相合金的塑性变形与 弥散强化l 当合金的组织由多相混合物组成时， 合金的塑性变形除与合金基体的性质有关外，还与第二