《无机材料物理性能》第3讲

1、20222022年年2 2月月2626日日基本概念及现象基本概念及现象 : : 塑性变形的一般特点塑性变形的一般特点变形不可逆；变形不可逆；主要有切应力引起；主要有切应力引起；指标指标延伸率，断面收缩率；延伸率，断面收缩率；形变程度大；形变程度大；塑性变形能力和抗力受多种因素影塑性变形能力和抗力受多种因素影响；响；变形过程会产生回复、再结晶、应变形过程会产生回复、再结晶、应力松弛等；力松弛等；伴随有弹性变形和加工硬化，伴随有弹性变形和加工硬化，变形曲线非线性。变形曲线非线性。 s 屈服强度屈服强度滑移：晶体的一部分相对另一部分平移滑动。在晶体中有许多族平行晶面，每一族晶面都有一定面间距，且晶面

2、指数小的面，原子的面密度越大，面间距越大，原子间的作用力小，易产生相对滑动。产生滑移的条件： 面间距大； 滑移矢量（柏格斯矢量）小； 每个面上是同一种电荷的原子，相对滑动面上的电荷相反。2. 滑移系统和临界分解剪切应力 coscosAFAFAFcoscos滑移面面积：滑移面面积：A/cos ；F在滑移面上分剪力：在滑移面上分剪力：Fcos ；滑移面上滑移面上F方向的应力为：方向的应力为：滑移面上分剪应力：滑移面上分剪应力： 金属金属 非金属非金属 由一种离子组成由一种离子组成 组成复杂组成复杂金属键无方向性金属键无方向性 共价键或离子键有方向共价键或离子键有方向 结构简单结构简单 结构复杂结构

3、复杂 滑移系统多滑移系统多 滑移系统少滑移系统少晶体的上半部平面，比起它的正常平衡位置来要靠得紧一些，而晶体的下半部平面比起正常平衡位置来则离得远一些。可以把变形看作是由于在晶体的上半部分插入一额外的原子平面AB引起的。图5.2为含Na的-刚玉的高分辩晶体结构像，它显示了刃型位错特征。 除上述位错外，实际晶体中还会出现刃型位错和螺型位错的过渡型位错。 在混合位错中，柏格斯矢量B在垂直于和平行于位错线之间的各种位置上取向。 图5.6（a）（b）分别为弯曲位错线EF的示意图和位错线周围原子排列的俯视图。在图中E处，位错线与滑移方向平行，是纯螺型位错；在F处，位错线与滑移方向垂直，是刃型位错。EF线

4、上，除E、F二处之外的部分，位错线与滑移方向既不平行又不垂直，属混合型位错，混合型位错的原子排列，如图5.6（b）,应介于螺型位错与刃型位错之间，它们可以分解为螺型位错和刃型位错。完整晶体的势能曲线完整晶体的势能曲线有位错时，晶体的势能有位错时，晶体的势能曲线曲线加剪应力后的势能曲线加剪应力后的势能曲线 hh H( )滑移面滑移面 THevv0v0：与原子热振动固有频率有关的常数 ：波尔兹曼常数，1.3810-23J/K T ：绝对温度 =0，T=300 K则 kT=4.1410- 21J=4.1410216.241018eV=0.026eV金属材料H()为0.10.2eV，离子键、共价键为1eV数量级，室温下无机材料位错难以运动；因为h h H()，所以位错只能在滑移面上运动。 温度升高，位错运动速度加快，对于一些在常温下不发生塑性形变的材料，在高温下具有一定塑性。 KTHe伸长量L应力 单晶氧化铝的形变行为上屈服应力下屈服应力断裂断裂温度升高形变速率的影响温度的影响速率增大lll塑性形变简化模型塑性形变简化模型 设设ll平面上有平面上有n个位错，位错密度：个位错，位错密度： D=n/l2在时间在时间t内，边界位错通过晶体到达另一边界，位错运动平内，边界位错通过晶体到达另一边界，位错运动平均速度为：均速度为： v=l/t设：在时间设：在时间t内，长度为内，长度