第8章_工程材料强化与韧化的主要途径ppt课件.ppt

《第8章_工程材料强化与韧化的主要途径ppt课件.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、工程材料强化与韧化的主要途径第8章本章主要内容8.1晶体中的位错与材料强度8.2金属材料强化的基本途径8.3金属材料的断裂与韧化途径8.4陶瓷材料的强韧化8.5高分子材料的强韧化8.6材料表面强化及表面改性处理技术8.1.1材料的弹性变形与塑性变形弹性变形：变形可逆；服从胡克定律，应力σ和应变ε呈线性关系，即σ=Eε。塑性变形：卸载后材料会留下一定的残余变形或永久变形；应力和应变不再呈线性关系。8.1晶体中的位错与材料强度8.1.2材料的理论强度与实际强度●理论分析和实验研究发现，晶体的理论强度远大于其实际强度

2、。●晶体的实际强度就是实验测得的单晶体的临界分切应力，而理论强度则是按完整晶体刚性滑移模型计算出的强度。图8-1拉伸时金属单晶体的塑性变形8.1.3位错与晶体的塑性变形1934年，泰勒等为解释晶体理论强度与实际强度的巨大差异，提出了塑性变形的位错机制理论。后来通过透射电镜等实验手段证实了位错确实是实际晶体中存在的一种缺陷。图8-3位错参与的逐步滑移过程8.1.4位错与晶体材料强度的关系●增加晶体中位错运动的阻力给运动位错设置阻碍以及抑制位错源的活动即可大幅度提高晶体材料的强度。●位错运动阻力的大小的影响因素：晶

3、格阻力位错密度晶体结构类型其他图8-5位错密度与强度的关系图8-4各种位错结构（组态）8.2.1冷变形强化(加工硬化)概念：金属材料在再结晶温度以下塑性变形(冷塑性变形)时强度和硬度升高，而塑性和韧性降低的现象，称冷变形强化或加工硬化。冷变形强化的原理金属在塑性变形过程中，晶粒破碎、晶格扭曲的程度不断加重，位错密度不断增加,使得弹性应力场不断增大，位错间的交互作用不断增强。因而，位错运动的障碍越来越多、阻力越来越大，导致位错的运动越来越困难，这时需要更大的力才能克服障碍而使位错运动或产生新的位错，从而使材料的强

4、度、硬度增加。冷变形强化会给金属的进一步加工带来困难。如钢板越轧越硬,乃至开裂。通过加热消除其加工硬化现象，这一过程称为“再结晶退火”。加工硬化的工程应用冷变形强化是强度一般很低的工业纯金属唯一的强化方法，如冷拉铝线、铜线等；冷变形强化是那些不能用热处理强化的合金极为重要的强化手段之一；即使是能用热处理方法强化的金属，有的也可进行冷变形加工使其强度进一步提高。如冷拉高强度钢丝、冷卷弹簧、冷轧不锈钢等.8.2金属材料强化的基本途径概念合金元素溶于金属基体中形成固溶体而使其强度、硬度升高，塑性、韧性下降的现象，称为

5、固溶强化。金属材料合金化的主要目的之一就是产生固溶强化。固溶强化的原理溶质原子的溶入使溶剂金属的晶格发生畸变,从而产生附加的应力场，阻碍位错的运动；溶质原子常常被吸附在位错线的附近，降低了位错的能量，阻碍其运动。固溶强化的影响因素溶剂原子与溶质原子的直径、电化学特征等的差异固溶体的类型溶质的加入量△σss=2△τss=ΣΚiСi8.2.2固溶强化●几乎所有对综合力学性能要求较高的结构材料都是以固溶体作为最主要的相组成物.●纯金属的强度很低，不能用于制造承载零件，但铜中加锌，形成铜锌合金，则可显著提高强度，成为常

6、用的结构材料黄铜;纯铁中加入碳、硅等元素，成为应用广泛的钢铁材料。都与固溶体在材料中所起的强化作用有关。图8-8溶质对铜屈服强度的影响ⅹ-间隙原子·-比容较小的置换式原子●-比容较大的置换式原子图8-7溶质原子在位错附近分布图8.2.3细晶强化●概念细晶强化是指通过减小材料的晶粒度来提高金属强度的方法。●值得注意的是，晶粒细化后不仅能比较显著地提高材料的强度，还能同时提高其塑性和韧性，这是其他强化方法所不具备的。●细晶强化的原理缘于晶界是位错运动的强障碍。外力的分切应力较大的晶粒优先滑移，外力增大时滑移逐步转移

7、到其他晶粒。且晶界上原子排列不规则，富集杂质，有大量位错等缺陷，都妨碍位错运动，使材料强度升高。晶粒越细，晶界越多，这一阻碍作用越强，多晶体的强度就越高。●实验证明，大多金属的屈服强度与晶粒直径的关系满足Hall-petch关系式。S=0＋Kyd-1/2图8-9纯铁强度与晶粒大小的关系●应该指出，常规多晶体(晶粒尺寸甚大于100nm)中，晶界核心区域的原子数小于原子总数的0.01%,外力作用时，晶界对位错滑移的阻滞效应起主导作用，此时Hall-petch关系式成立。但如果晶粒尺寸为数个纳米，那么晶界核心区域

8、的原子所占的分数可高达50%，此时非晶界区域(晶内)的原子比例明显下降，外力作用时，晶界附近的形变起主导作用。因此，此时晶粒越小则反倒越容易发生形变，会出现所谓的反Hall-petch效应，如下图所示。图8-10晶粒尺寸与强度的关系●细晶强化还受温度影响。一般来说，高于1/2T溶时,晶界滑动成为材料形变的重要组成部分。晶粒越细，单位体积内晶界面积越多，越容易滑动，这就导致高温下细晶材料