刘宝忠-第一章-1.ppt

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1、刘宝忠河南理工大学材料学院材料物理性能11.1材料的形变形变定义:各种材料在外力作用下，发生形状和大小的变化。2形变的类型：弹性形变，塑性形变，粘性形变材料在外力作用下都要产生内力，同时发生形变。通常内力用应力描述，形变则用应变表示。定义：应力:单位面积上所受的内力。1.1材料的形变—应力固体中任一点的应力状态，可用6个应力分量表示，即σxx、σyy、σzz和剪应力τxy、τyz、τzx。3应变是用来描述物体内部各质点之间的相对位移。一点的应变状态由与应力分量对应的六个应变分量决定，即三个剪应变分量及三个伸长应变分量塑性材料的应力-应变曲线σp为比例极限，应力超过σp时，应力-应变关系偏离线

2、性，是产生屈服的开始；σe弹性极限，是材料卸载后能够完全恢复、不产生残留永久形变的最高应力值；σs为屈服应力，通常以产生0.2%残留应变的应力为屈服应力；σb为抗拉强度，是最大的张应力，对应于应力-应变曲线的最高点；σk为断裂强度，此时材料断裂。1.1材料的形变—应力应变曲线41.1材料的形变—弹性形变1．各向同性体虎克定律材料受正应力时的虎克定律这就是虎克定律。它说明应力与应变之间为线性关系。式中,E为弹性模量(杨氏模量)，对各向同性体为一常数，E表征材料抵抗变形的能力。5泊松比μ（又横向变形系数）泊松比就是横向应变与纵向应变之比：这就是应力分量σx所引起的另二个应变分量广义虎克定律：柔顺

3、系数为21个。1.2塑性、蠕变与超塑—塑性塑性形变：微观结构相邻部分产生永久性位移，在外力移去后形变不能恢复的现象。6晶格滑移滑移：晶体的一部分相对另一部分平移滑动。滑移面和滑移方向的组合称为滑移系。滑移系越多，塑性越好，但不是唯一因素？结构中最小结构单元越小，越容易发生滑移，因此在最密排面上最容易滑移滑移发生在密排方向上，因为在此方向上两个平衡原子之间的距离最短，滑移所需能量最小1.2塑性、蠕变与超塑—塑性7晶体中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，也就是柏矢量b较小，只要滑动较小距离就能使晶体结构复原，所以比较容易滑动。临界剪切应力分量1.2塑性、蠕变

4、与超塑—塑性•滑移面面积：A/cos；•滑移面上F方向的全应力为：•此应力在滑移方向上的分剪力为：在同样外应力作用下，引起滑移面上剪应力大小决定cosl·cosf的大小。不同滑移面及滑移方向的剪应力都不一样；同一滑移面上不同滑移方向，剪应力也不一样滑移。8由于滑移面的法线N，总是和滑移方向垂直。当f角与l角处于同一平面时,λ角最小,即l+f=90°。所以cosl·cosf的最大值为0.5。可见，在外力F作用下，在与N、F处于同一平面内的滑移方向上，剪应力达最大值，其他方向剪应力均较小只有当t≥t0(临界剪应力)时，才发生滑移。在不同的滑移系统上的临界剪应力是不同的。1.2塑性、蠕变与超塑—

5、塑性如果晶体只有一个滑移系统，则产生滑移的机会就很小。滑移系统多的话，对其中一个滑移系统来说，可能cosl·cosf较小，但对另一个系统来说，cosl·cosf可能就大，达到临界剪应力的机会就较多。理想晶体中，原子间作用力近似正弦变化，b表示原子间的距离，d表示面间距，图中发现当原子位移量u达到b/4时，引力达到最大。剪切应力客服这一最大引力，即发生永久变形，此时的剪切应力就是晶体的理论剪切强度：理论剪切强度101.2塑性、蠕变与超塑—塑性11以上是近似的推导，更精确的推导可以得到理论剪切强度为G/30~G/10实测的剪切强度比理论值要低几个数量级12实际晶体中存在位错缺陷。当受剪应力作用时

6、，并不是晶体内部整体相互错动，而是位错在滑移面上沿滑移方向运动。使位错运动所需要的力比使晶体两部分整体滑移所需的力小得多。所以实际晶体的滑移是位错运动得结果。1.2塑性、蠕变与超塑—塑性塑性形变的机理（位错运动理论）1）在位错处出现势能空位。邻近原子C2迁移空位上需要克服的势垒h’比h小。2）在外力作用下，滑移面CD就有分剪应力t。此时，势能曲线变得不对称，C2迁移到空位要克服得势垒为H(t)，且H(t)小于h’，t的作用使h’降低。C2原子迁移变得容易。3）H(t)叫做位错运动激活能。与t有关,t大,H(t)；t小，H(t)大；故H(t)为t的函数。一个原子能摆脱平衡位置的几率是由波尔兹曼

7、因子决定的。为激活能，位错运动速度为：式中：——与原子热振动固有频率有关得常数，K——波尔兹曼常数为1.38×10-23J/K,T——绝对温度.1.2塑性、蠕变与超塑—塑性塑性形变的机理（位错运动理论）2）位错只能在滑移面上运动，只有滑移面上的分剪应力才能使H(t)降低金属材料h’约为0.1~0.2ev，无机材料约为1ev。所以，室温下无机材料中位错运动十分困难。3）温度升高，位错运动的速度加快由于滑移反映出