材料物理基础绪论-(1).pdf

1 材料物理基础材料物理基础 Fundamentals of Materials Physics 洪友士洪友士 郑秀华郑秀华 Email hongys zhengxiuhua 2 1 为什么开设这门课 为什么开设这门课 这门课适合哪些学科 专业 的研究生 这门课适合哪些学科 专业 的研究生 2 这门课包含哪些内容 这门课包含哪些内容 3 这门课将起什么作用 这门课将起什么作用 4 这门课将如何教学 这门课将如何教学 考试方式 考试方式 1 1 这门课的基本概况这门课的基本概况 第一章第一章 绪论绪论 根据力学学科和相关学科硕士 及博士 研究生根据力学学科和相关学科硕士 及博士 研究生 在论文研究中反映出的对材料物理基本知识的需在论文研究中反映出的对材料物理基本知识的需 求 提出开设本课程求 提出开设本课程 力学 材料 物理 化学 力学 材料 物理 化学 1 为什么开设这门课 为什么开设这门课 这门课适合哪些学科 专业 的研究生 这门课适合哪些学科 专业 的研究生 1 1 这门课的基本概况这门课的基本概况 讲授材料物理基本知识 思路 方法 讲授材料物理基本知识 思路 方法 促使研究生形成相关知识积累促使研究生形成相关知识积累 2 这门课包含哪些内容 这门课包含哪些内容 固体材料的微观结构固体材料的微观结构 晶体缺陷的主要特征晶体缺陷的主要特征 原子扩散原子扩散 相图的主要形式和相变基本理论相图的主要形式和相变基本理论 晶体塑性变形和再结晶晶体塑性变形和再结晶 1 1 这门课的基本概况 续 这门课的基本概况 续 3 这门课将起什么作用 这门课将起什么作用 要求 了解和掌握固体材料的微观结构和晶体缺陷的主要特要求 了解和掌握固体材料的微观结构和晶体缺陷的主要特 征 原子扩散的概念 相图的主要形式和相变基本理论 晶征 原子扩散的概念 相图的主要形式和相变基本理论 晶 体塑性变形和再结晶等方面的基本知识体塑性变形和再结晶等方面的基本知识 强调强调 i 理解和掌握基本概念理解和掌握基本概念 ii 自然并正确应用所学知识自然并正确应用所学知识 要求 理解和掌握材料物理的分析方法要求 理解和掌握材料物理的分析方法 特点 特点 定性 定量结合 宏观 微观结合 逻辑思维 形象思维结合定性 定量结合 宏观 微观结合 逻辑思维 形象思维结合 1 1 这门课的基本概况 续 这门课的基本概况 续 4 这门课将如何教学 这门课将如何教学 考试方式 考试方式 讲授 讨论 习题 阅读讲授 讨论 习题 阅读 教 学互动 教 学相长教 学互动 教 学相长 1 1 这门课的基本概况 续 这门课的基本概况 续 考试方式 课堂独立完成答卷考试方式 课堂独立完成答卷 课堂开卷 课堂开卷 7 1 什么是材料什么是材料 Material 材料是人类可以利用来制作有用构件材料是人类可以利用来制作有用构件 器件或物品的物质 器件或物品的物质 一般指人造的固体物质一般指人造的固体物质 1 2 什么是材料 什么是材料 什么是材料物理 什么是材料物理 材料的发展标志着社会的进步 比如石器的广泛使用是材料的发展标志着社会的进步 比如石器的广泛使用是 石器时代 相似的还有 青铜时代 和 铁器时代 等 石器时代 相似的还有 青铜时代 和 铁器时代 等 材料和信息与能源被称为现代文明的三大支柱材料和信息与能源被称为现代文明的三大支柱 维基百科 自由的百科全书 维基百科 自由的百科全书 材料是人类用于制造物品 器件 构件 机器材料是人类用于制造物品 器件 构件 机器 或其他产品的那些物质或其他产品的那些物质 材料是物质 但不是所有物质都可以称为材料 材料是物质 但不是所有物质都可以称为材料 如燃料和化学原料 工业化学品 食物和药物 一般都不算是材料如燃料和化学原料 工业化学品 食物和药物 一般都不算是材料 但是这个定义并不那么严格 如炸药 固体火箭推进剂 但是这个定义并不那么严格 如炸药 固体火箭推进剂 一般称之为 含能材料 因为它属于火炮或火箭的组成部分一般称之为 含能材料 因为它属于火炮或火箭的组成部分 百度百科 百度百科 1 什么是材料什么是材料 Material 续 续 Material is anything made of matter constituted of one or more substances Wood cement hydrogen air and water are all examples of materials Sometimes the term material is used more narrowly to refer to substances or components with certain physical properties that are used as inputs to production or manufacturing In this sense materials are the parts required to make something else from buildings and art to stars and computers From Wikipedia the free encyclopedia 1 什么是材料什么是材料 Material 续 续 Anything from which something is or may be made Knowledge of facts from which action may be taken or a work may be produced collecting material for a book That of which anything is composed or may be constructed Collected facts impressions ideas etc for use in completing a creative endeavor A solid or liquid substance Longman Dictionary of Contemporary English Doubleday Dictionary Longman Language Activator 1 什么是材料什么是材料 Material 续 续 按状态 按状态 单晶单晶 多晶多晶 非晶 准晶 液晶 非晶 准晶 液晶 按化学类型 按化学类型 无机材料 金属 陶瓷 无机材料 金属 陶瓷 有机材料有机材料 按应用类别 信息材料 按应用类别 信息材料 能源材料能源材料 生物材料 生物材料 建筑材料建筑材料 航空航天材料航空航天材料 按应用属性 按应用属性 结构材料结构材料 功能材料 功能材料 2 材料分类材料分类 Classification of Materials 12 2 材料分类材料分类 Classification of Materials 续 续 金属材料金属材料 Metallic Materials 钢铁 有色金属和合金钢铁 有色金属和合金 陶瓷材料陶瓷材料 无机非金属材料无机非金属材料 Ceramics Inorganic Materials 非氧化物 碳化物 氮化物 氧化物 硅酸盐非氧化物 碳化物 氮化物 氧化物 硅酸盐 高分子材料高分子材料 Polymers 橡胶 纤维 塑料和胶粘剂橡胶 纤维 塑料和胶粘剂 Metal Matrix 金属基复合材料 金属基复合材料 复合材料复合材料 Polymer Matrix 高分子基复合材料 高分子基复合材料 Ceramic Matrix 陶瓷基复合材料 陶瓷基复合材料 Composites 固态 原子 微结构特征 固态 原子 微结构特征 零维材料零维材料 粒子 颗粒 粒子 颗粒 一维材料一维材料 碳管 线材 碳管 线材 二维材料二维材料 薄膜薄膜 三维材料三维材料 块体块体 2 材料分类材料分类 Classification of Materials 续 续 尺度特征 尺度特征 14 软材料 软材料 Soft material 软物质 软物质 Soft matter 其结构介于固体和液体之间其结构介于固体和液体之间 在相互作用 熵和外力作用下常显示自组织现象的柔软的物质在相互作用 熵和外力作用下常显示自组织现象的柔软的物质 软物质软物质 Soft matter 或称软凝聚态物质或称软凝聚态物质 Soft condensed matter 是是 指处于固体和理想流体之间的物质 指处于固体和理想流体之间的物质 一般由大分子或基团 固 液 气 组成 如液晶 聚合物 胶体 一般由大分子或基团 固 液 气 组成 如液晶 聚合物 胶体 膜 泡沫 颗粒物质 生命体系等 在自然界 生命体 日常生活和膜 泡沫 颗粒物质 生命体系等 在自然界 生命体 日常生活和 生产中广泛存在生产中广泛存在 软物质与人们生活密切相关 如橡胶 人造纤维 墨水 洗涤液 饮软物质与人们生活密切相关 如橡胶 人造纤维 墨水 洗涤液 饮 料 乳液及药品和化妆品等等 在技术上有广泛应用 如液晶 聚合料 乳液及药品和化妆品等等 在技术上有广泛应用 如液晶 聚合 物等 生物体基本上均由软物质组成 如细胞 体液 蛋白 物等 生物体基本上均由软物质组成 如细胞 体液 蛋白 DNA 等等 对软物质的深入研究 将对生命科学 化学化工 医学 药物 食品 对软物质的深入研究 将对生命科学 化学化工 医学 药物 食品 材料 环境 工程等领域及人们日常生活有广泛影响材料 环境 工程等领域及人们日常生活有广泛影响 材料物理材料物理 李志林 李志林 材料中的主要物理现象及其本质机理和应用材料中的主要物理现象及其本质机理和应用 分别是 电子理论 分别是 电子理论 晶态结构 晶体缺陷 固态相变 固态扩散 晶态结构 晶体缺陷 固态相变 固态扩散 电学性能 磁学性能 热学性能 电学性能 磁学性能 热学性能 力学性能 力学性能 光学性能光学性能 材料物理是材料学与物理学相结合的学科材料物理是材料学与物理学相结合的学科 材料物理研究材料的材料物理研究材料的微观结构 组织形态 力学行为 微观结构 组织形态 力学行为 物理性能 化学成分 以及它们之间的相互关系物理性能 化学成分 以及它们之间的相互关系 3 什么是材料物理 什么是材料物理 Materials Physics Materials physics is a field of physics concerned with the physical properties of materials The approach is generally more macroscopic and applied than in condensed matter physics Materials Science Study of the properties of solid materials and how those properties are determined by the material s composition and structure both macroscopic and microscopic Materials science grew out of solid state physics metallurgy ceramics and chemistry since the numerous properties of materials cannot be understood within the context of any single discipline With a basic understanding of the origins of properties materials can be selected or designed for an enormous variety of applications from structural steels to computer microchips Materials science is therefore important to many engineering fields including electronics aerospace telecommunications information processing nuclear power and energy conversion 3 什么是材料物理 什么是材料物理 Materials Physics 续 续 1 3 一个例子 石墨烯 一个例子 石墨烯 graphene 石墨烯 石墨烯 由单层碳原子通过共价键结合而成由单层碳原子通过共价键结合而成 具有规则六方对称的理想二维晶体具有规则六方对称的理想二维晶体 是继富勒烯 是继富勒烯 C C60 60 和碳纳米管之后 和碳纳米管之后 的又一种新型低维碳材料的又一种新型低维碳材料 具有非凡的电学 热学和力学性能以及广阔的应用前景具有非凡的电学 热学和力学性能以及广阔的应用前景 石墨烯被认为是具有战略意义的新材料石墨烯被认为是具有战略意义的新材料 近年来迅速成为材料科学和凝聚态物理等领域最活跃的前沿近年来迅速成为材料科学和凝聚态物理等领域最活跃的前沿 石墨烯结构示意图石墨烯结构示意图 石墨烯是由碳六元环组成的二维石墨烯是由碳六元环组成的二维 2D 周期蜂窝状点阵结构周期蜂窝状点阵结构 可以翘曲成零维可以翘曲成零维 0D 的富勒烯的富勒烯 fullerene 卷成一维卷成一维 1D 的碳纳米管的碳纳米管 carbon nano tube CNT 或堆垛成三维或堆垛成三维 3D 的石墨的石墨 graphite 因此石墨烯是构成其它石墨材料的基本单元因此石墨烯是构成其它石墨材料的基本单元 石墨烯的基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六元环石墨烯的基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六元环 是目前最理想的二维纳米材料是目前最理想的二维纳米材料 石墨烯是一种从石墨材料中剥离出的单层碳原子面材料 是碳的二维结构 石墨烯是一种从石墨材料中剥离出的单层碳原子面材料 是碳的二维结构 其厚度只有其厚度只有0 335纳米 把纳米 把20万片薄膜叠到一起 也只有一根头发丝厚万片薄膜叠到一起 也只有一根头发丝厚 它是它是2004年由曼彻斯特大学的科斯提亚年由曼彻斯特大学的科斯提亚 诺沃谢夫诺沃谢夫 Konstantin Novoselov 和安德烈和安德烈 盖姆盖姆 Andre Geim 小组首先发现的小组首先发现的 目前有三种方法制备石墨烯 一种是加热目前有三种方法制备石墨烯 一种是加热SiC的方法 另一种是轻微摩擦法的方法 另一种是轻微摩擦法 或撕胶带法 第三种是化学分散法或撕胶带法 第三种是化学分散法 石墨烯是人类已知强度最高的物质 比钻石还硬 强度比世界上最好的钢还石墨烯是人类已知强度最高的物质 比钻石还硬 强度比世界上最好的钢还 要高要高100倍 弹性摸量 倍 弹性摸量 0 5 1 0TPa 强度 强度 110 240GPa 它是迄今为止最薄 它是迄今为止最薄 300万片石墨烯叠加在一起才不过万片石墨烯叠加在一起才不过1毫米厚 最坚固的毫米厚 最坚固的 材料 也是人们所知的导电 导热性能最强的材料材料 也是人们所知的导电 导热性能最强的材料 拥有超凡的坚硬度 柔韧度 透明度和导电性 可广泛应用于触摸屏 太阳拥有超凡的坚硬度 柔韧度 透明度和导电性 可广泛应用于触摸屏 太阳 能电池 复合材料 如现在广泛使用的碳纤维 等各种物品的制造中能电池 复合材料 如现在广泛使用的碳纤维 等各种物品的制造中 诺贝尔授奖委员会表示 一块一平方米的石墨烯吊床可以支撑诺贝尔授奖委员会表示 一块一平方米的石墨烯吊床可以支撑4公斤重的猫 公斤重的猫 该吊床的重量仅为该吊床的重量仅为0 77毫克 不足猫的腮须重 人肉眼根本看不到 毫克 不足猫的腮须重 人肉眼根本看不到 1 3 一个例子 石墨烯 一个例子 石墨烯 graphene 续 续 石墨烯出现在实验室中是在石墨烯出现在实验室中是在2004年 当时 英国曼彻斯特大学的两位科学家年 当时 英国曼彻斯特大学的两位科学家 安德烈安德烈 杰姆杰姆 Andre Geim 和克斯特亚和克斯特亚 诺沃塞洛夫诺沃塞洛夫 Konstantin Novoselov 发现他们能用一种非常简单的方法得到越来越薄的石墨薄片发现他们能用一种非常简单的方法得到越来越薄的石墨薄片 他们从石墨中剥离出石墨片 然后将薄片的两面粘在一种特殊的胶带上 撕他们从石墨中剥离出石墨片 然后将薄片的两面粘在一种特殊的胶带上 撕 开胶带 就能把石墨片一分为二 不断地这样操作 于是薄片越来越薄 最开胶带 就能把石墨片一分为二 不断地这样操作 于是薄片越来越薄 最 后 他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片 这就是石墨烯后 他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片 这就是石墨烯 这以后 制备石墨烯的新方法层出不穷 人们发现 将石墨烯带入工业化生这以后 制备石墨烯的新方法层出不穷 人们发现 将石墨烯带入工业化生 产的领域已为时不远了产的领域已为时不远了 他们曾是师生 现在是同事 他们都出生于俄罗斯 都曾在那里学习 也曾他们曾是师生 现在是同事 他们都出生于俄罗斯 都曾在那里学习 也曾 一同在荷兰学习和研究 最后他们又一起在英国制备出了石墨烯一同在荷兰学习和研究 最后他们又一起在英国制备出了石墨烯 这种神奇材料的诞生使安德烈这种神奇材料的诞生使安德烈 海姆和康斯坦丁海姆和康斯坦丁 诺沃肖洛夫获得诺沃肖洛夫获得2010年诺贝年诺贝 尔物理学奖尔物理学奖 1 3 一个例子 石墨烯 一个例子 石墨烯 graphene 续 续 目前 大约有目前 大约有200家企业和新兴公司正在着力研究石墨烯家企业和新兴公司正在着力研究石墨烯 2010年 关于石墨烯的论文多达年 关于石墨烯的论文多达3000多篇多篇 人们将可以得到运行速度越来越快 制造成本越来越低 身材 人们将可以得到运行速度越来越快 制造成本越来越低 身材 越来越纤细娇小 柔韧程度越来越好的电子设备和其他设备越来越纤细娇小 柔韧程度越来越好的电子设备和其他设备 1 3 一个例子 石墨烯 一个例子 石墨烯 graphene 续 续 浩浩长江上 连接苏州与南通两座古城的苏通大桥显露雄姿 这座全长浩浩长江上 连接苏州与南通两座古城的苏通大桥显露雄姿 这座全长32 4公里公里 的大桥 是世界第一大桥的大桥 是世界第一大桥 苏通大桥位于江苏省苏州 常熟 市和南通市之间 是交通部规划的国家高速公苏通大桥位于江苏省苏州 常熟 市和南通市之间 是交通部规划的国家高速公 路沈阳至海口通道的跨江枢纽工程 总投资约路沈阳至海口通道的跨江枢纽工程 总投资约64 5亿元 路线全长亿元 路线全长32 4公里 其公里 其 中跨江大桥长约中跨江大桥长约8 2公里 全线采用双向六车道高速公路标准 其主桥采用主跨公里 全线采用双向六车道高速公路标准 其主桥采用主跨 1088米双塔斜拉桥 桥塔高度达米双塔斜拉桥 桥塔高度达300 4米米 1 4 另一个例子 高强度钢丝低扭转次数破断分析另一个例子 高强度钢丝低扭转次数破断分析 最大主跨 苏通大桥为斜拉桥 自上世纪最大主跨 苏通大桥为斜拉桥 自上世纪50年代开始 世界上已建年代开始 世界上已建 成各类斜拉桥成各类斜拉桥200余座 此前世界最大跨径斜拉桥为香港昂船洲大桥余座 此前世界最大跨径斜拉桥为香港昂船洲大桥 主跨主跨1018米 苏通大桥跨径米 苏通大桥跨径1088米 是世界最大的跨径斜拉桥 米 是世界最大的跨径斜拉桥 最深基础 苏通大桥主墩基础由最深基础 苏通大桥主墩基础由131根长约根长约120米 直径米 直径2 5米至米至2 8 米的钻孔灌注桩组成 承台长米的钻孔灌注桩组成 承台长114米 宽米 宽48米 面积有一个足球场大 米 面积有一个足球场大 是世界规模最大 入土最深的桥梁桩基础是世界规模最大 入土最深的桥梁桩基础 最高塔桥 目前已建最高桥塔为多多罗大桥最高塔桥 目前已建最高桥塔为多多罗大桥224米钢塔 苏通大桥塔米钢塔 苏通大桥塔 为高为高300 4米的混凝土塔 比香港昂船洲大桥桥塔高米的混凝土塔 比香港昂船洲大桥桥塔高6米 为世界最米 为世界最 高的桥塔高的桥塔 最长拉索 苏通大桥最长拉索为最长拉索 苏通大桥最长拉索为577米 最大重量为米 最大重量为59吨 比多多罗吨 比多多罗 大桥斜拉索长大桥斜拉索长100米 为世界上最长的斜拉索米 为世界上最长的斜拉索 1 4 另一个例子 高强度钢丝低扭转次数破断分析 续 另一个例子 高强度钢丝低扭转次数破断分析 续 宝钢将拉世界第一跨度斜拉桥宝钢将拉世界第一跨度斜拉桥 苏通大桥苏通大桥 郑蔚郑蔚 王丹云王丹云 20052005年年0808月月2222日日 宝钢生产的斜拉索用钢将首次打破进口产品垄断 拉起世界第一跨度斜拉宝钢生产的斜拉索用钢将首次打破进口产品垄断 拉起世界第一跨度斜拉 桥桥 苏通大桥 日前 宝钢与苏通大桥工程指挥部正式签订供货合同 苏通大桥 日前 宝钢与苏通大桥工程指挥部正式签订供货合同 苏通大桥苏通大桥 斜拉索用钢将全部采用宝钢产品 这不仅是宝钢高等级建筑用钢在特大型桥梁应斜拉索用钢将全部采用宝钢产品 这不仅是宝钢高等级建筑用钢在特大型桥梁应 用上的一次新突破 也是国产斜拉索首次打破进口产品的垄断 用上的一次新突破 也是国产斜拉索首次打破进口产品的垄断 正在建设中的苏通大桥位于江苏省的南通市和苏州正在建设中的苏通大桥位于江苏省的南通市和苏州 常熟常熟 市之间 是交通部市之间 是交通部 规划的黑龙江嘉荫至福建南平国家重点干线公路跨越长江的重要通道 苏通大桥规划的黑龙江嘉荫至福建南平国家重点干线公路跨越长江的重要通道 苏通大桥 总投资总投资64 5亿元 全长亿元 全长32 4公里 斜拉桥主孔跨度公里 斜拉桥主孔跨度1088米 列世界第一 主塔高米 列世界第一 主塔高 度度306米 列世界第一 斜拉索的长度米 列世界第一 斜拉索的长度580米 列世界第一 米 列世界第一 苏通大桥斜拉索用苏通大桥斜拉索用 钢强度级别达钢强度级别达1770兆帕 单根最长兆帕 单根最长577米 其技术指标达到了世界先进水平 米 其技术指标达到了世界先进水平 为打破进口钢拉索的垄断 宝钢专门成立了苏通大桥项目小组 针对国内大为打破进口钢拉索的垄断 宝钢专门成立了苏通大桥项目小组 针对国内大 跨径大桥斜拉索 悬索用钢需求进行了大量研发工作 并根据苏通大桥斜拉索用跨径大桥斜拉索 悬索用钢需求进行了大量研发工作 并根据苏通大桥斜拉索用 钢的特殊要求 专门研制和开发了钢的特殊要求 专门研制和开发了B87 Mn QL盘条 上海市科委组织国内桥梁 盘条 上海市科委组织国内桥梁 冶炼 材料各方专家进行了质量技术评估认证 采用宝钢盘条生产的冶炼 材料各方专家进行了质量技术评估认证 采用宝钢盘条生产的1770兆帕兆帕 级镀锌钢丝各项技术指标完全满足苏通大桥的使用要求 实物质量达世界先进水级镀锌钢丝各项技术指标完全满足苏通大桥的使用要求 实物质量达世界先进水 平 并填补国内空白 平 并填补国内空白 文汇报文汇报 1 4 另一个例子 高强度钢丝低扭转次数破断分析 续 另一个例子 高强度钢丝低扭转次数破断分析 续 问题 问题 1 1 宝钢部分炉次 炉号宝钢部分炉次 炉号588544588544 591062591062 原始盘条经拉拔 脱脂 镀 原始盘条经拉拔 脱脂 镀 锌 稳定化后扭转合格率很高 分别达到锌 稳定化后扭转合格率很高 分别达到80 80 72 72 以上 而其它大以上 而其它大 部分炉次合格率仅为部分炉次合格率仅为20 20 2 2 原始盘条经冷拉拔后扭转值合格水平在原始盘条经冷拉拔后扭转值合格水平在99 99 以上 但经铅浴脱脂后以上 但经铅浴脱脂后 扭转值大幅度下降 扭转值大幅度下降 3 3 该钢种在不同温度和时间加热保温后材料的扭转性能和抗拉强度会该钢种在不同温度和时间加热保温后材料的扭转性能和抗拉强度会 发生明显变化 发生明显变化 4 4 高碳钢盘条和钢丝高碳钢盘条和钢丝 82B 82B 存在明显的氢脆现象 但存在明显的氢脆现象 但87MnQL87MnQL镀锌钢丝镀锌钢丝 去氢处理后扭转性能有一定提高 但不合格现象仍然存在 去氢处理后扭转性能有一定提高 但不合格现象仍然存在 1 4 另一个例子 高强度钢丝低扭转次数破断分析 续 另一个例子 高强度钢丝低扭转次数破断分析 续 192 13 119 5 1 4 另一个例子 高强度钢丝低扭转次数破断分析 续 另一个例子 高强度钢丝低扭转次数破断分析 续 3 20 冷拉态 扭断次数 冷拉态 扭断次数20 9 5 浸铅 浸铅12 9s 扭断次数 扭断次数5 1 4 另一个例子 高强度钢丝低扭转次数破断分析 续 另一个例子 高强度钢丝低扭转次数破断分析 续 321 6 浸铅 浸铅13s 扭断次数 扭断次数6 331 20 浸铅 浸铅61s 扭断次数 扭断次数20 1 4 另一个例子 高强度钢丝低扭转次数破断分析 续 另一个例子 高强度钢丝低扭转次数破断分析 续 冷拉后加热冷拉后加热 温度温度 时间时间 成份 热加工 成份 热加工 冷拉工艺冷拉工艺 直径直径 抗扭性能弱化抗扭性能弱化 高碳钢丝的抗扭转破断的能力一方面与冷拉后的加热温度和保持时高碳钢丝的抗扭转破断的能力一方面与冷拉后的加热温度和保持时 间有关 另一方面与钢丝直径有关 同时还与材料的成分 热加工 间有关 另一方面与钢丝直径有关 同时还与材料的成分 热加工 冷拉工艺有关 钢丝的抗扭转能力弱化是上述因素联合所导致冷拉工艺有关 钢丝的抗扭转能力弱化是上述因素联合所导致 1 4 另一个例子 高强度钢丝低扭转次数破断分析 续 另一个例子 高强度钢丝低扭转次数破断分析 续 综合诊断实验 性能检测 计算模拟和综合分析 得出如下结论 综合诊断实验 性能检测 计算模拟和综合分析 得出如下结论 B87 7 冷拉钢丝经历了截面受热不均匀的 浸铅和镀锌 过程 从而在其截面冷拉钢丝经历了截面受热不均匀的 浸铅和镀锌 过程 从而在其截面 发生分布不均匀的广义回复再结晶 特别是一部分区域发生具有脆性本征的应变发生分布不均匀的广义回复再结晶 特别是一部分区域发生具有脆性本征的应变 时效 同时 时效 同时 7 钢丝受扭其截面受力和变形具有本征的应力和应变梯度 微结钢丝受扭其截面受力和变形具有本征的应力和应变梯度 微结 构不均匀和受力不均匀相互耦合使受扭钢丝剪切变形局部化 形成屈曲和分层 构不均匀和受力不均匀相互耦合使受扭钢丝剪切变形局部化 形成屈曲和分层 导致低扭转次数破断导致低扭转次数破断 B87 7钢丝受扭分层 层裂 是钢丝低扭转次数破断的损伤起源 低扭断次数钢丝受扭分层 层裂 是钢丝低扭转次数破断的损伤起源 低扭断次数 的的 7钢丝往往在经受较小的平均剪应变后即发生局部位置的剪切变形局部化 钢丝往往在经受较小的平均剪应变后即发生局部位置的剪切变形局部化 随后发生钢丝的分层 层裂 随后发生钢丝的分层 层裂 劈裂劈裂 拉断拉断 钢丝的抗扭转性能 扭转破断次数 是其微结构及其分布特征的函数 具有与受钢丝的抗扭转性能 扭转破断次数 是其微结构及其分布特征的函数 具有与受 力状态相匹配的微结构状态的钢丝材料具有最佳的抗扭性能 力状态相匹配的微结构状态的钢丝材料具有最佳的抗扭性能 7 钢丝抗扭性能钢丝抗扭性能 劣化是三方面因素不利耦合的结果 劣化是三方面因素不利耦合的结果 a 材料成分 热加工 冷拉工艺 材料成分 热加工 冷拉工艺 b 冷拉冷拉 后加热温度及保持时间 后加热温度及保持时间 c 钢丝直径 因为这些因素的不利组合有可能导致形钢丝直径 因为这些因素的不利组合有可能导致形 成脆性敏感的材料微结构及其分布形态 造成钢丝抗扭性能劣化成脆性敏感的材料微结构及其分布形态 造成钢丝抗扭性能劣化 提出了改进工艺的建议提出了改进工艺的建议 在随后的生产实践中 该钢丝的在随后的生产实践中 该钢丝的 扭转合格率由原来的扭转合格率由原来的 60 60 提高到提高到95 95 乙方为该产品的质量改进和提高作出了重大贡献 乙方为该产品的质量改进和提高作出了重大贡献 1 4 另一个例子 高强度钢丝低扭转次数破断分析 续 另一个例子 高强度钢丝低扭转次数破断分析 续 31 思索与质疑思索与质疑 1 5 绪论结语绪论结语 Prof Timothy J Pedley Cambridge University President of the International Union of Theore