分析在外力作用下无机非金属材料在塑性变形能力方面的差异

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1、分析在外力作用下无机非金属材料在塑性变形能力方面的差异班级：1020731学号：07姓名：丘辉彬教师：赵彦亮日期：2012.11.06分析在外力作用下无机非金属材料在塑性变形能力方面的差异摘要：分析在外力作用下无机非金属材料在塑性变形能力方面的差异简介：塑性变形机理屈服现象与屈服强度应变硬化抗拉强度与缩颈条件塑性与塑性指标正文：一、塑性变形机理定义：微观结构的相邻部分发生永久性位移，并不引起材料断裂的现象。1、主要讲解陶瓷材料的塑性变形：（1）基本概念及现象陶瓷材料的组成主要是晶体材料，由于陶瓷晶体多为离子键或共价键，具有明显的方向性，同号离子相

2、遇，斥力极大，只有个别滑移系统满足位错运动的几何条件和静电作用条件，所以陶瓷材料只有少数具有简单晶体结构的晶体（如MgO、KCl、KBr单晶），在室温下具塑性。为什么常温下，大多数无机材料不能产生塑性形变？要回答这个问题，首先要研究塑性形变的机理。我们先从比较简单的单晶入手，这样可以不考虑晶界的影响。晶体中的塑性形变有两种基本方式：滑移和孪晶。滑移：晶体受力时，晶体的一部分相对另一部分发生平移滑动。晶体形变后，表面出现一些条纹，在显微镜下可以看到这些条纹组成一些滑移带。滑移带的形成：弹性变形－外力克服单晶原子间的键合力，使原子偏离其平衡位置，试样

3、开始伸长。晶面滑移：当外力大于屈服极限后，沿单晶的某一特定晶面原子的产生相对滑移。随应力的增加，发生滑移的晶面增加，塑性变形量加大。能用肉眼看到相互平行、台阶状的滑移带。滑移带与滑移线的关系：在高倍显微镜数下，可以发现滑移带是由更细的滑移线所组成。滑移线的集合构成滑移带。通常，滑移带是很狭窄的，所以在单晶试样拉伸时，往往观察到的是呈线状的滑移带。随外力的加大，试样表面线状的滑移带数量不断增多，且出现在一组以上的晶面上。临界分切应力：在剪切应力作用下位错线滑移，并在表面形成台阶，这就是塑性变形后在表面形成滑移带的本质。那么在拉伸外力作用下，如何能导

4、致位错线滑移？外力P作用在面积为A的园柱体上，在滑移面上产生的分切应力：显然，只有τ值大于和等于某一个临界值，柱体的上下两部分才会相对的滑移，产生宏观的塑性变形。这个分切应力就称为临界分切应力τc。有多滑移系统时，τ达到τ0的机会就多，无机材料中的离子键与共价具有明显的方向性。只有个别滑移系才能满足于几何条件与静电作用条件。显然，晶体结构愈复杂，满足这种条件就愈困难。从而也就更难发生塑性形变。如Al2O3(刚玉)，在室温下几乎不发生塑性形变。在室温下具有延性的晶体，都具有NaCl型的简单晶体，如：AgCl、KCl、MgO、KBr、LiF等。图临界

5、剪应力的确定晶体中的滑移总是发生在主要晶面和主要晶向上。这些晶面和晶向指数较小，原子密度大，只要滑动较小的距离就能使晶体结构复原，所以比较容易滑动。滑动面和滑动方向组成晶体的滑移系统。如果晶体只有一个滑移系统，则产生滑移的机会就很小。金属滑移系统就很多，如体心立方金属滑移系统就有48种之多。而无机材料的滑移系统就很少。原因是金属键没有方向性，而无机材料的离子键或共价键具有明显的方向性。同号离子相遇，斥力极大，只有个别滑移系统才能满足几何条件与静电作用条件。晶体结构越复杂，满足这种条件就越难。（2）多晶体的塑性变形无机材料的塑性形变弱，小且难，大多

6、表现为脆性。只有一些结构简单的晶体具有较为明显的塑性，如：AgCl的单晶可冷轧变薄，MgO、KCl、KBr单晶可弯曲而不断裂。晶体的塑性形变主要表现为滑移切变(剪切)，主要呈现为一个方向上的长度的变化(即使在法线应力作用下也是如此)。滑移切变沿着特定的晶面(即滑移面)并在特定的方向上发生。滑移面和滑移方向组成的滑移系统是由晶格及其化学键的种类决定的。[从几何上看，要求柏氏矢量较小的方向(柏氏矢量决定于晶格常数)，从静电作用因素上看，则要求相互间的静电力不要太大。]滑移切变的模型，可用”香肠切片模型”形象地表示出来，可作如下说明：省力：作用于晶格上

7、的力不是均匀地分布于固体的各个部位，而是集中作用发生滑移切变的少量滑移面上，从而从作用力所取得的效果更显著，在滑移面之间和相邻的滑移面群(滑移带)之间，有大量的晶格区保持不发生形变。省能量：它并不试图借助外部供给的剪应力将滑移面两侧的两半晶体一次性地(如两块波纹层屋面板一样)，互相推移开以产生剪切滑移，而是将剪切应力集中到滑移平面内的一条”前沿线上”使之在应力作用下运动，并贯通整个滑移面。这如同一条蚯蚓向前运动一样。由此可见，是否能够发生剪切变形，与晶格中是否存在滑移面或滑移面的多少有关。拉伸状态下的滑移模式及剪切滑移的模式(与蚯蚓类比)。（3）

8、说明：陶瓷材料一般呈多晶状态，而且还存在气孔、微裂纹、玻璃相等。位错更加不易向周围晶体传播，更易在晶界处积聚而产生应力集中，形成裂纹引起