材料科学基础第八章

1、第八章变形和强化机制一、学习目的材料在加工和服役过程中不可避免产生变形。 研究材料变形的基本原理既是 预防材料服役中产生变形、断裂等失效的需要，也是设计材料塑性变形加工工艺 的需要。本章的学习目的就是通过了解晶体材料的变形过程和影响因素，掌握材料变形和强化机制。增加材料塑性变形抗力的方法叫材料强化，由于晶体材料的塑性变形主要由 晶格位错运动实现，因此材料的强化机制本质是阻碍位错运动。细化晶粒产生更 多的晶界以阻碍晶间位错运动；固溶合金化或引入强化相也可有效地阻碍晶格位 错的运动；材料在塑性变形过程中会产生位错，因而使随后的位错运动受到抑制， 导致材料强化(即加工硬化或形变强化)，这些都是晶体材

2、料有效的强化机制。用晶体材料强化的思路研究高分子材料的弹性变形和塑性变形过程，探讨塑料、橡胶等高分子材料的强韧化机制也是本章的教学目的之一。二、本章的主要内容1.2.从原子的角度描述刃型位错和螺型位错的运动。施加切应力会使刃型位错和螺型位错运动，描述塑性变形是怎样由位错运动 产生的。3.4.5.定义滑移系，并举例说明。描述多晶金属材料发生塑性变形时，它的晶粒结构是如何变化的。说明晶界是如何阻碍位错运动的，并解释一个有着小晶粒的金属为什么比有 着大晶粒的金属强度大。6.7.8.9.从晶格拉伸与位错相互作用的方面解释置换不同原子的固溶体强化原理。 从位错和应变场相互作用的方面描述解释应变强化(冷加

3、工)现象。从材料的微观结构和机械特性改变的方面描绘再结晶。 从宏观和原子的角度解释晶粒长大现象。10. 在滑移的基础上考虑，来解释为什么结晶陶瓷材料通常比较脆。11. 描绘半结晶聚合物塑性变形的各个阶段。12. 讨论下列因素对聚合物抗张模量和抗张强度的影响：(a)分子量(b)结晶度(c) 预变形(d)不变形材料的热处理。13. 描述弹性聚合物弹性形变的分子途径。三、重要术语和概念Cold working:冷加工、冷变形The P lastic deformati on of a metal at a temp erature below that at which it recrystalli

4、zes.金属在再结晶温度以下进行的塑性变形。Critical resolved shear stress魏rss）：临界剪切分切应力That shear stress, resolved withi n a sli p plane and directi on, which is required to in itiate sli p.使得晶体开始滑移所需要的纯剪切应力，在某一特定滑移面和滑移方向上的分 量。Dislocation density: 位错密度The total dislocation length per unit volume of material; alternately

5、, the number of dislocations that intersect a unit area of a random surface section. 材料单位体积内的位错线的总长度， 或者在一个随机切面上的单位面积内切断的 位错根数。Grain growth: 晶粒长大The increase in average grain size of a polycrystalline material; for most materials, an elevated-temperature heat treatment is necessary.多晶体材料中晶粒尺寸的增大， 对大

6、多数材料来说， 晶粒长大只在升高温度加热 的时候发生。Lattice strains: 晶格应变Slight displacements of atoms relative to their normal lattice positions, normally imposed by crystalline defects such as dislocations, and interstitial and impurity atoms.原子相对于它们正常点阵位置的轻微位移， 通常是由晶体的缺陷， 如位错、 间隙 原子、杂质原子存在引起的。Recovery: 回复The relief of so

7、me of the internal strain energy of a previously cold-worked metal, usually by heat treatment.冷塑性变形金属释放其部分应变能的过程叫回复，通常采用热处理的方法。Recrystallization: 再结晶The formation of a new set of strain-free grains within a previously cold-worked material; normally an annealing heat treatment is necessary.在冷塑性变形材料的内

8、部生成等轴状新晶粒的过程叫再结晶， 通常发生于再结晶 退火热处理过程中。Recrystallization temperature: 再结晶温度For a particular alloy, the minimum temperature at which complete recrystallization will occur within approximately one hour.对于某种合金，在大约一小时的时间里，完成再结晶所需的最低温度 .Resolved shear stress:分切应力An applied tensile or compressive stress reso

9、lved into a shear component along a specific plane and direction within that plane.一个实际拉或压应力沿某一特定平面和在该平面特定方向上分解得到的切应力 分量。Sli P：滑移PI astic deformati on as the result of dislocati on moti on; also, the shear dis pl aceme nt of two adjace nt planes of atoms.位错移动导致的塑性变形或两个相邻原子面的剪切位移。Slip system:滑移系The c

10、omb in ati on of a crystallogra phic plane and, within that plane, a crystallogra phic directi on along which sli p (i.e., dislocati on moti on) occurs.滑移面和该面上一个滑移方向的组合称为一个滑移系，晶体滑移(如位错的移动) 可以沿该系统发生。Solid-soluti on stre ngthe ning:固溶强化Harde ning and stre ngthe ning of metals that result from allo yin

11、g in which a solid soluti on is formed.The p rese nee of imp urity atoms restricts dislocati on mobility.由于合金化形成固溶体而导致的材料硬化和强化，实质在于溶质原子对位错运动 的阻碍作用。Strain hardening:加工硬化The in crease in hard ness and stre ngth of a ductile metal as it is pl astically deformed below its recrystallizatio n temp erature

12、.塑性材料于再结晶温度以下进行塑性变形引起的硬度和强度升高现象。Viscosity (口)：粘性The ratio of the magn itude of an app lied shear stress to the velocity gradie nt that it produces; that is, a measure of a noncrystallinmaterial s resistanceetmanent deformatio n.剪切应力数值与其产生应变速率的比值叫粘性，用来衡量非晶材料抵抗永久变形的能力。Vulcanization:硫化Non reversible ch

13、emical react ion inv olvi ng sulfur or other suitable age nt wherein cross links are formed betwee n molecular cha ins in rubber materials.硫化是采用硫或者其它适当添加剂处理橡胶原料过程中发生的不可逆化学反应。 此种反应在橡胶的分子链间形成横向连接，橡胶的弹性模量和强度会得到提高。四、8.48.5主要例题、习题的分析For each of edge, screw, and mixed dislocati ons, cite the relati onship

14、 betwee n the directi on of the app lied shear stress and the directi on of dislocatio n line motio n.(a) Define a sli p system.(b) Do all metals have the same sli p system?Why or why n ot?8.8 One slip system for the HCP crystal structure is 000v1120. In a ma nn er similar to Figure 8.6b, sketch a 000-t ype plane for the HCP structure, and using arrows, in dicate three differe nt sli p directi ons withi n this plane. Yo