材料科学基础 第２版 教学课件 作者 石德珂 西安交通大学 主编 1 第七章　材料的变形与断裂.ppt

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1、第七章　材料的变形与断裂第一节　金属变形概述第二节　金属的弹性变形第三节　滑移与孪晶变形第四节　单晶体的塑性变形第五节　多晶体的塑性变形第六节　纯金属的变形强化第七节　合金的变形与强化第八节　冷变形金属的组织与性能第九节　金属的断裂第十节　冷变形金属的回复阶段第十一节　冷变形金属的再结晶第十二节　金属的热变形、蠕变与超塑性第十三节　高分子材料(聚合物)的变形金属材料、陶瓷材料和玻璃化温度以下的高分子材料属于能弹性，弹性回复力是键长和键角的微小改变所引起的焓变所引起的，而熵的变化所引起的弹性回复力可忽略。

2、处于高弹态的橡胶则属于熵弹性。无应力作用时大分子链呈无规线团状，构象数最大，因此熵值最大。拉伸时，大分子链的伸展使构象数减少，熵值下降，自由焓增高，有自发回复到自由焓低的原始卷曲状的趋势，这是弹性回复力产生的主要原因。能弹性也称普弹性，能弹性材料弹性模量大，弹性变形量小，其应力-应变关系符合虎克定律。与能弹性材料不同，具有熵弹性的材料的弹性模量小，弹性变形量大，例如天然橡胶，其弹性模量仅为一般固体材料的万分之一左右，而延伸率高达500～1000%。第一节　金属变形概述图8-1　退火纯铜的拉伸曲线弹性变形

3、时，应变落后于应力，加载曲线与卸载曲线不重合，存在滞弹性和包申格效应等，这些现象称为弹性的不完整性。(一)滞弹性在弹性范围内，快速加载或卸载后，随时间的延长产生附加的弹性应变的现象被称为滞弹性，也称为弹性后效。金属材料拉伸时产生的滞弹性，如图2-2所示。图2-2滞弹性示意图突然施加一低于弹性极限的应力0，立即产生瞬时应变Oa，Oa为完全弹性变形。若应力保持0，随时间延长，还会逐渐产生应变aH，应变aH显然与时间有关，被称为滞弹性变形。同样道理，去除应力，立即回复的应变eH=Oa为完全弹性变形。应变O

4、e=aH随时间延长，逐渐消逝，所以Oe也是滞弹性变形。第二节　金属的弹性变形图2-3弹性滞后环的类型a）单向加载b）交变加载(二)包申格效应经预先少量塑变，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力增高；反向加载规定残余伸长应力降低的现象，称为包申格（Baoschinger）效应。大多数钢材和有色合金等都具有包申格效应。图2-435钢的包申格效应包申格效应对于在交变载荷作用下的机件寿命有重要影响。经轻微冷变形的工件在服役时，当其承受与原加工过程加载方向相反载荷时，应考虑其屈服强度的降低。消除包申格效应的方法是预

5、先进行较大的塑性变形，或在使用前进行回复或再结晶退火。滑移：在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿着一定的晶面（滑移面）和晶向（滑移方向）产生相对位移，且不破坏晶体内部原子排列规律性的塑变方式。滑移线和滑移带第三节　滑移与孪晶变形滑移系：一个滑移面（密排面）和其上的一个滑移方向（密排方向）组成一个滑移系。滑移系越多，晶体塑性越好。滑移时晶体的转动和旋转拉伸时,滑移面和滑移方向趋于平行于力轴方向压缩时，滑移面逐渐趋于垂直于压力轴线。滑移是由位错运动造成的（滑移位错机制）孪晶：切应力作用下，晶体的一部

6、分沿一定晶面（孪晶面）和一定的晶相（孪生方向）相对于另一部分做均匀的切变所产生的变形。1.孪生：均匀切变；滑移：塑性变形是不均勺的。2.孪生：各晶面移动量与其离孪晶面距离成正比，相邻晶团相对移动距离通常只是原子间距的几分之一；滑移：变形时，滑移距离则是原于间距的整倍数。3.孪生：晶体变形部分的位向发生变化，并且孪晶面与未变形部分对称；滑移：晶体位向并不发生变化。4.孪生和滑移一样并不改变晶体的点阵类型。5.孪生临界分切应力值大，因此，只在很难滑移的条件下，晶体才发生孪生。滑移系少的密排六方金属，常以孪生

7、方式变形。孪生变形产生的塑性变形量一般不超过10％，但是孪生使晶体位向变化，从而引起滑移系取向变化，能促进滑移的发生。往往孪生与滑移交替发生，即可获得较大的塑性变形量。金属室温塑变主要以滑移和孪生两种方式进行。实际金属材料多为多晶体。但多晶体的塑变与组成它的各晶粒的变形有关。一、单晶体塑变机制(一)滑移1.滑移的位错机制图2-5刃位错的滑移滑移是在切应力作用下，金属材料的一部分相对另一部分沿一定晶面和晶向产生相对位移。位错在切应力作用下发生运动，依靠位错的逐步运动完成了滑移过程。第四节　单晶体的塑性变形

8、大量位错的滑移，就会产生宏观的塑性变形。将发生滑移后试样表面产生高低不平的滑移台阶造成的，称为滑移带。实际上滑移带是由许多密集的滑移线构成的，如下图。图2-6滑移带与滑移线示意图2.滑移系定义滑移总是沿一定晶面和晶向发生，它们分别称为滑移面和滑移方向。一个滑移面和其上的一个滑移方向组成一个滑移系。图2-7三种常见金属晶体结构的滑移系a）体心立方b）面心立方c）密排六方晶体结构不同，其滑移系也不同。3.滑移的临界分切应力图2-8临界分切应力分