影响屈服强度的因素

影响屈服强度的因素 一 影响屈服强度的内在因素 1 金属本性及晶格类型2 晶粒大小和亚结构3 溶质元素4 第二相 1 金属本性及晶格类型 纯金属单晶体的屈服强度从理论上来说是使位错开始运动的临界切应力 其值由位错运动所受的各种阻力所决定 晶格阻力即派纳力 是在理想晶体中仅存在一个位错运动时所需克服的阻力 与位错宽度及柏氏矢量有关 两者又都是与晶体结构有关 位错间交互作用产生的阻力有两种类型 一种是平行位错间交互作用昌盛的阻力 另一种是运动位错与林位错间交互作用产生的阻力 两者都正比于Gb而反比于位错间距离L 都可用下式表示因为位错密度 与1 L2成正比 故上式又可写为在平行位错情况下 为主滑移面中位错的密度 在林位错情况下 为林位错的密度 值与晶体本性 位错结构及分布有关 2 晶粒大小和亚结构 晶粒大小的影响是晶界影响的反映 因为晶界是位错运动的障碍 在一个晶粒内部 必须塞积足够数量的位错才能提供必要的应力 是相邻晶粒中的位错源开动并产生宏观可见的塑性变形 因而 减小晶粒尺寸将增加位错运动障碍的数目 减小晶粒内位错塞积群的长度使屈服强度提高 许多金属与合金的屈服强度与晶粒大小的关系均符合霍尔 派奇 Hall Patch 公式 即 式中 i 位错在基体金属中运动的总阻力 包括派拉力 亦称摩擦阻力 决定于晶体结构和位错密度 ky 度量晶界对强化贡献大小的钉扎常数或表示滑移带端部的应力集中系数 d 晶粒平均直径 上式中的 i和ky 在一定的实验温度和应变速率下均为材料常数 亚晶界的作用与晶界类似 也阻碍位错运动 实验发现 霍尔 派奇公式也完全适用于亚晶界 但式中的ky值不同 将有亚晶的多晶材料与无亚晶的同一材料相比 其ky值低1 2 4 5 且d为亚晶粒的直径 另外在亚晶界上产生屈服变形所需的应力对亚晶间的取向差不是很敏感的 亚晶界 3 溶质元素 在纯金属中加入溶质原子 间隙型或置换型 形成固溶合金 或多相合金中的基体相 将显著提高屈服强度 此即为固溶强化 通常 间隙固溶体的强化效果大于置换固溶体 如右图 低碳铁素体中固溶强化效果 在固溶合金中 由于溶质原子和溶剂原子直径不同 在溶质周围形成了晶格畸变应力场 该应力场相位错应力场产生交互作用 使位错运动受阻 从而使屈服强度提高 固溶强化的效果是镕质原子与位错交互作用能及溶质浓度的函数 因而它受单相固溶合金 或多相合金中的基体相 中溶质的量所限制 固溶合金的屈服强度高于纯金属 其流变曲线也高于纯金属的 这表明 溶质原子不仅提高了位错在晶格中运动的摩擦阻力 而且增强了对位错的钉扎作用 4 第二相 第二相质点可分为不可变形的 如刚中的碳化物与氮化物等 和变形的 如时效铝合金中GP区的共格析出物 相及粗大的碳化物等 两大类 这些第二相质点都比较小 有的可用粉末冶金法获得 由此产生的强化叫弥散强化 有的则可用固溶处理和随后的沉淀析出获得 由此产生的强化叫沉淀强化 a 不可变形第二相质点根据位错理论 位错线只能绕过不可变形的第二相质点 为此 必须克服弯曲位错的线张力 弯曲位错的线张力与相邻质点的间距有关 故含有不可变形第二相质点的金属材料 其屈服强度与流变应力就决定于第二相质点之间的间距 b 可变形第二相质点对于可变形第二相质点 位错可以切过 使之同基体一起产生变形 由此也能提高屈服强度 这是由于质点与基体间品格错排及位错切过第二相质点产生新的界面需要作功等原因造成的 第二相的强化效果还与其尺寸 形状 数量和分布以及第二相与基体的强度 塑性相应变硬化待性 两相之间的晶体学配合和界面能等因素有关 二 影响屈服强度的外在因素 1 温度2 应变速率3 应力状态 1 温度对屈服强度的影响 一般 升高温度 金属材料的屈服强度降低 伺是 金属晶体结构不同 其变化趋势并不一样 如右图所示 W Mo Fe Ni的屈服强度与温度的关系 2 应变速率对屈服强度的影响 应变速率增大 金属材料的强度增加 如右图 由右图可见 屈服强度随应变速率的变化较抗拉强度的变化要明显的多 在应变量与温度一定时 流变应力与应变速率的关系为 3 应力状态对屈服强度的影响 应力状态也影响屈服强度 切应力分量愈大 愈有利于塑性变形 屈服强度则愈低 所以扭转比拉伸的屈服强度低 拉伸要比弯曲的屈服强度低 但三向不等拉伸下的屈服强度量最高 要注意 不同应力状态下材料屈服强度不同 并非是材料性质变化 而是材