第八章 材料的变形与断裂ppt课件.ppt

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1、第八章材料的变形与断裂金属变形概述弹性变形－塑性变形－断裂屈服强度（开始塑性变形的应力）抗拉强度（极限承载能力的标志）颈缩金属的弹性变形弹性变形：变形可逆；应力应变呈线性关系。弹性模量：原子间结合力的反映和度量。S0＝dF/dr=d2u/dr2金属材料的弹性变形量很小，所以原子间距只在ro附近变化F＝s0（r－r0）单位面积内原子键数为1/r02Fr02=s0r0r-r0r0σ=S0r0ε即E＝S0/r0滑移与孪晶变形常温下塑性变形的主要方式：滑移、孪晶。一滑移1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

2、（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。光镜下：滑移带（无重现性）。2滑移的表象学电境下：滑移线。滑移机制位错：已滑移的部分与未滑移的部分的分界。位错宽度：分界不鲜明，有一个过渡区。－－－－－是两种能量平衡的结果（界面能与弹性畸变能）。1）位错宽度窄，界面能小，但弹性畸变能高2）位错宽度大，每个原子列偏离其平衡位置较小，弹性畸变能减小，同时界面能增加。位错宽度是影响位错是否容易运动的重要参数。位错宽度越大，位错就越易运动。派－纳力派－纳力：理想晶体中位错在点阵周期场中运动时所需克服的阻力。（公式见P327)一些定

3、性结果：1）从本质上说，派－纳力（τp-n）的大小，主要取决于位错宽度W，位错宽度w越小，τp-n越大，材料就难以变形，相应地屈服强度越高。2）位错宽度主要决定于结合键的本性和晶体结构。对于方向性很强的共价键，其键角和键长度很难改变，故τp-n高；而金属键没有方向性，位错有较大的宽度，故τp-n是很低的。3）位错在不同的晶面和晶向上运动，其位错宽度是不一样的。只有沿原子排列最紧密的面及原子密排方向上运动，τp-n才最小。滑移面和滑移方向滑移的晶体学滑移面（密排面）（1）几何要素滑移方向（密排方向）滑移的晶体学（2）滑移系滑移系：一个滑移面和

4、该面上一个滑移方向的组合。滑移系的个数:(滑移面个数）×（每个面上所具有的滑移方向的个数）晶体结构滑移面滑移方向滑移系数目常见金属面心立方{111}×4<110>×312Cu,Al,Ni,Au{110}×6×212Fe,W,Mo体心立方{121}×12<111>×112Fe,W{123}×24×124Fe{0001}×1×33Mg,Zn,Ti{1010}<1120>3Mg,Zr,Ti{1011}6Mg,Ti密排六方滑移系滑移系数目与材料塑性的关系：一般滑移系越多，塑性越好；与滑移面密排程度和滑移方向个数有关；与同时开动滑移系数目有关。孪晶变

5、形晶体在切应力作用下沿着一定的晶面和晶向，在一个区域内发生连续变化顺序的切变，变形的结果使这部分的晶体取向改变了（晶体结构和对称性并未改变），但是已变形的晶体部分与未变形的晶体部分保持着镜面对称关系，这个对称镜面就叫孪晶面。孪生：在外力作用下，以切变生成孪晶而发生塑性变形方式称为“孪生”。产生条件：孪生仅在滑移困难时才会发生。一般孪生出现在滑移系很少的晶体结构的材料中(如密排六方晶格金属)；此外在某些容易发生滑移的晶格材料仅在较低温度或受冲击时因来不及滑移又有较大的应力作用时才可能产生孪生。滑移与孪生在晶体表面变化单晶体的塑性变形一.施密特

6、定律直接推动滑移的是在滑移方向上的分切应力。在同一外加应力作用下，不同的滑移系因自己的取向不同，对应的分切应力也不相同。图示一单晶体单向拉伸，滑移面法线方向与外力的夹角为φ，滑移方向和拉力轴的夹角为λ，注意到滑移方向、拉力轴和滑移面的法线三者一般不在一平面，即φ+λ≠900。施密特定律滑移方向上的分切应力为：其中称为取向因子或施密特因子。当φ+λ=900，取向因子有最大值0.5。施密特定律滑移方向上的分切应力为：称为施密特定律，τc是一常数，但材料的屈服强度σs则随拉力轴相对于晶体的取向不同而不同，即晶体材料存在各向异性。临界分切应力与首开

7、滑移系临界分切应力：当外力在某个滑移面的滑移方向上的分切应力达到某一临界值时，这个滑移系开始出现滑移，材料开始发生塑性变形，这个切应力值叫临界分切应力，它是决定材料强度的直接因素。首开滑移系:在某一外力作用下，取向因子最大的滑移系将有最大的分切应力，外力加大，它将首先达到临界分切应力，开始发生滑移，所以把取向因子最大的滑移系称为这个外力下的首开滑移系。等效滑移系:在某一外力作用下，取向因子相同的滑移系将有相同分切应力，外力加大，它将同时达到临界分切应力，开始发生滑移，所以把取向因子相同滑移系称为这个外力下的等效滑移系。单滑移、多滑移和交滑移

8、当只有一个滑移系统上的分切应力最大并达到了临界分切应力－单滑移。当拉力轴在晶体的特定取向上，可能会使几个滑移系上的分切应力相等，在同时达到了临界分切应力时，就会发生多滑移。当一个