无机材料物理性能第3讲.ppt

《无机材料物理性能第3讲.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、2021年7月23日无机材料物理性能第三讲§1-2无机材料中晶相的塑性形变基本概念及现象:塑性形变屈服极限滑移带的形成临界分切应力塑性形变塑性形变是指外力移去后不能恢复的形变。无机材料屈服极限当应力足够大，材料便开始发生塑性变形，产生塑性变形的最小应力就称为屈服极限(Yieldlimit)或屈服强度（σs）。应力超过σs后，应力－应变曲线开始弯曲。屈服极限:s屈服强度屈服极限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，试样开始伸长。滑移带与滑移线的关系单晶锌变形后滑移带的照片临界分切应力

2、滑移面面积：A/cos；F在滑移面上分剪力：Fcos；滑移面上F方向的应力为：滑移面上分剪应力：在同样外应力作用下，引起滑移面上剪应力大小决定coscosλ的大小；滑移系统越多，coscosλ大的机会就多，达到临界剪切应力的机会也越多。金属与非金属晶体滑移难易的比较金属非金属由一种离子组成组成复杂金属键无方向性共价键或离子键有方向结构简单结构复杂滑移系统多滑移系统少塑性形变机理晶格滑移理论晶格滑移的基本规律:滑移的距离必然是晶格常数的整数倍晶体中间滑移总是发生在主要晶面和主要晶向上滑移是在剪应力的作用下进行，对一定的

3、滑移面只有当剪应力超过临界剪应力时，才发生沿该晶面的滑移塑性形变机理从原子尺度变化解释塑性形变：当构成晶体的一部分原子相对于另一部分原子转移到新平衡位置时，晶体出现永久形变，晶体体积没有变化，仅是形状发生变化。如果所有原子同时移动，需要很大能量才出现滑动，该能量接近于所有这些键同时断裂时所需的离解能总和；由此推断产生塑变所需能量与晶格能同一数量级；实际测试结果：晶格能超过产生塑变所需能量几个数量级。位错运动理论完整晶体的势能曲线有位错时，晶体的势能曲线加剪应力后的势能曲线······hhH()滑移面位错运动理论

4、位错一种缺陷，其运动速度也应由波尔兹曼因子决定v0：与原子热振动固有频率有关的常数：波尔兹曼常数，1.38×10-23J/KT：绝对温度无外力时，H(τ)=h′，比KT大得多，很小，位错运动困难无机材料中滑移系统只有有限几个,难产生塑性形变温度升高,位错运动速度加快,塑性形变开始增强位错运动理论Al2O3在高温的塑性形变(a)温度影响(b)应变速率的影响结论位错运动理论说明，无机材料中难以发生塑性形变。当滑移面上的分剪应力尚未使位错以足够速度运动时，此应力可能已超过微裂纹扩展所需的临界应力，最终导致材料的脆断。形变速率与位错

5、运动的关系llΔl塑性形变简化模型设l×l平面上有n个位错，位错密度：D=n/l2在时间t内，边界位错通过晶体到达另一边界，位错运动平均速度为：v=l/t设：在时间t内，长度为l的试件形变量l，应变：l/l=，应变速率：U=d/dt考虑位错在运动过程增殖，通过边界位错数为nc个，c为位错增殖系数。每个位错在晶体内通过都会引起一个原子间距滑移，也就是一个柏格斯矢量(b)，单位时间内的滑移量：nbc/t=l/t应变速率：U=d/dt=l/lt=cnb/lt=cnbl/l2t=vDbc宏观应变率为：塑性形变速率取决于

6、位错运动速度、位错密度、柏格斯矢量、位错的增殖系数，且与其成正比。柏格斯矢量与位错形成能有关系E=aGb2，柏格斯矢量影响位错密度，即柏格斯矢量越大，位错形成越难，位错密度越小。金属与无机材料的柏格斯矢量比较：金属的柏格斯矢量一般为3A左右，无机材料的大，如MgAl2O4三元化合物为8A，Al2O3的为5A。多晶的的塑性形变多晶塑性形变不仅取决于构成材料的晶体本身，而且在很大程度上受晶界物质的控制。多晶塑性形变包括以下内容：晶体中的位错运动引起塑变；晶粒与晶粒间晶界的相对滑动；空位的扩散；粘性流动。例如：玻璃是无序网络结构，

7、不可能有滑移系统，呈脆性，但在高温时又能变形，为什么？玻璃发生塑性形变的过程：正是因为非长程有序，许多原子并不在势能曲线低谷；有一些原子键比较弱，只需较小的应力就能使这些原子间的键断裂；原子跃迁附近的空隙位置，引起原子位移和重排。不需初始的屈服应力就能变形-----粘性流动影响塑性形变的因素影响因素缺陷类型缺陷形貌晶体结构和键型本征缺陷点缺陷空位，填隙原子线缺陷刃位错螺旋位错较大缺陷空洞，气孔面缺陷晶界外来缺陷杂质晶格或晶界固溶非连续第二相物质思考题：为什么室温下大多数无机晶体（复杂晶体）不具有延性？为什么NaCl型结构的晶

8、体在室温下具有延性？为什么无机材料中难以产生塑性形变？谢谢