材料科学基础第六章1_ppt课件

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1、第六章塑性变形机械零件在加工或使用时都会发生变形，材料对变形的承受能力直接关系到零件的使用寿命。本章主要讨论金属材料的变形方式和塑性变形机制，简单介绍陶瓷和高分子材料的变形特点。6.1金属的应力-应变曲线6.1.1工程应力-应变曲线(以低碳钢为例)1当应力低于σe时，应力与应变成正比：σ=EεE称为弹性模量，表示材料的刚性。此应力范围内撤去应力则变形完全消失，称为弹性变形。σe称为弹性极限(elasticlimit)。2应力超过σe时发生塑性变形，应力去除后变形部分恢复。开始发生塑性变形的最小应力叫屈服极限(surrenderlim

2、it)σs。对于无明显屈服极限的材料，规定以产生0.2%残余变形的应力作为屈服极限，以σ0.2表示。3外力超过σs(σ0.2)后，材料发生明显而均匀的塑性变形，要增大应变必须提高应力。这种随变形增大，变形抗力也增大的现象叫加工硬化(strainhardening)或应变硬化。应力达到σb后，材料均匀变形结束，σb叫材料的抗拉强度(tensilestrength)，是材料极限承载能力的标志。4应力达到σb时，材料开始发生不均匀变形，形成颈缩。应力随之迅速下降，达到σk时材料短裂。σk叫条件断裂强度(rupturestrength)。断

3、裂后的试样残余变形量Δl=(lk-l0)与原始长度l0的百分比称为延伸率δ(percentageofelongtation)：δ=[(lk-l0)/l0]×100%(6-1)试样的原始截面积F0和断裂时的截面积Fk之差与F0的百分比称为断面收缩率ψ(percentageofareareduction)：ψ=[(F0-Fk)/F0]×100%(6-2)δ和ψ都是材料的塑性指标，表示金属的塑性变形能力。图6-2为真应力-真应变曲线。与工程应力-应变曲线的区别是：试样产生颈缩以后，尽管外加载荷已经下降，但真应力仍在升高(截面收缩速率大于载

4、荷下降速率)，直到Sk，试样断裂。Sk称材料的断裂强度(rupturestrength)。一般把均匀塑性变形阶段的真应力-真应变曲线称为流变曲线(flowcurve)，其关系为：S=ken(6-6)n称为形变强化指数。密排六方的n较小，体心立方，特别是面心立方的n较大。6.2单晶体的塑性变形材料通常是多晶体，多晶体变形与每个晶粒的变形密切相关。单晶体常温塑性变形的主要方式有滑移和孪生两种。6.2.1滑移6.2.1.1滑移现象：将一块单晶体进行一定的塑性变形后，原来抛光的表面会出显许多平行的线条。这些平行线条称为滑移带。每一条滑移带都

5、是由许多聚集在一起的相互平行的滑移线组成，每一条滑移线都对应一个小台阶。台阶间距大约为几十纳米，高度约为几百纳米。X射线衍射分析发现：1变形晶体的结构类型并未改变，滑移线两侧的晶向也没变。即晶体的滑移是晶面间的平移滑动，滑动结果在表面留下滑移台阶。2滑移的分布不均匀，只集中于某些晶面，而相邻两条滑移线之间的晶体没有滑移。*由于四轴晶系中ai组合的不独立性，任意两个a基矢的合成矢量都是剩余基矢的负数，如:a2+a3=-a1,如果要用晶向指数表示a1方向,就必须选择a1的模长使其合成矢量不为0(通常选1),于是有:a1:[2110];其

6、余类推。结论：1滑移面总是晶体的密排面，滑移方向也总是晶体的密排方向。这是因为密排面之间的面间距大，滑移阻力(派纳力)小；密排方向原子密度大，移动距离短。2每一种晶格类型都具有特定的滑移系。面心立方金属为12个：{111}<110>；密排六方金属有3个：(0001)<1120>；体心立方没有明显密排面，可能的滑移系48个：{110}<111>,{112}<111>,{123}<111>.*派纳力：Peierls-Nabarro力，位错滑移临界切应力。τP=[2G/(1-ν)]exp[-2πa/(1-ν)b]式中：b为柏氏矢量；G为切

7、变模量；ν为泊松比；a为滑移面间距。从此式可以看出：面间距a越大派纳力越小；柏氏矢量b越小派纳力越小。滑移系在一定程度上决定了金属塑性的好坏。如面心立方和体心立方金属的塑性好于密排六方金属。但在相同条件下，金属塑性好坏还取决于滑移面原子密排程度及滑移方向的数目等因素。如α-Fe有48个滑移系，但滑移方向只有两个(不区别正反)，比面心立方(3个)少，而且滑移面的密排程度也较低，所以其塑性要比铝，铜等面心立方金属差。6.2.1.3临界分切应力：滑移在切应力作用下发生。晶体中某滑移系是否滑动，取决于该方向上的分切应力是否达到临界值。有一截

8、面积为A的圆柱形单晶，受轴向拉力P的作用。拉伸轴与滑移面法向ON的夹角为φ，与滑移方向OT的夹角为λ。则P在滑移方向的分力为Pcosλ，而滑移面的面积为A/cosφ，P在滑移方向的分切应力：τ=(Pcosλ)/(A/cosφ)=Pco