yabo5

yabo5

第六章 单晶体塑 性变形 多晶体塑 性变形 塑性变形 单相 多相 本章介绍的内容:由简单到复杂 合金塑性 变形 塑性变形组织 及性能 1 机理 第一节 金属的应力应变曲线 一 工程应力应变曲线 拉伸试验基本过程: GB6397-86制作的标准 拉伸试验基本过程:将GB6397-86制作的标准 试样(长试样l 10d和短试样l=5d l=5d) 试样(长试样l=10d和短试样l=5d)放在拉伸 试验机上缓慢拉伸,试样在载荷P下缓慢伸长, 试验机上缓慢拉伸,试样在载荷P下缓慢伸长, 直至断裂。得到工程应力 应变曲线。 工程应力- 直至断裂。得到工程应力-应变曲线 典型的应力应变-曲线 二 真实应力应变曲线 真实应力应是瞬时载荷P与瞬时面积F 真实应力应是瞬时载荷P与瞬时面积F之比 P S= F 真应变e应是瞬时伸长量除以瞬时长度, 真应变e应是瞬时伸长量除以瞬时长度,即 dl l e = ∫ de = ∫ = ln = ln(l + δ ) l0 l l0 l 5 均匀塑性变形阶段的真应力-真应变曲线, 均匀塑性变形阶段的真应力-真应变曲线,称 流变曲线: 为流变曲线: S = ke n n值越大,变形时的 值越大, 强化效果越明显 6 第二节 单晶体的塑性变形 常温下塑性变形的主要方式:滑移、孪生、 常温下塑性变形的主要方式:滑移、孪生、扭 折。 一 滑移 1 滑移现象 定义:在切应力作用下, 定义: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) 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。 (滑移方向)产生相对位移。 7 特点: 特点:晶体结构类型并未改变 。 滑移的组织形态: 光镜下: 滑移带( 无重现性) 滑移的组织形态 : 光镜下 : 滑移带 ( 无重现性 ) 电境下:滑移线。 电境下:滑移线。 显微组织特点:抛光后可能看不见。 显微组织特点:抛光后可能看不见。 8 9 2 滑移系 滑移是沿着特定的晶面 滑移是沿着特定的晶面 和 晶向进行的。 晶向进行的。 进行的 密排面)滑移方向(密排方向) 滑移面 (密排面)滑移方向(密排方向) 滑移系:一个滑移面和其上的一个滑移方向组 滑移系: 成一个滑移系 10 每一种晶格类型的金属都具有特定的滑移系。 每一种晶格类型的金属都具有特定的滑移系 。 滑移系的多少在一定程度上决定了金属塑性的 好坏。 好坏。 滑移系的个数:( 滑移面个数)× ( 每个面上所 滑移系的个数: 滑移面个数) 具有的滑移方向的个数) 具有的滑移方向的个数) 11 在其他条件相同时, 在其他条件相同时,金属塑性的好坏不只取 决于滑移系的多少, 决于滑移系的多少,还与滑移面原子密排程 度及滑移方向的数目等因素有关 晶体结构 面心立方 滑移面 {111}×4 × {110}×6 × 体心立方 {121}×12 × {123}×24 × {0001}×1 × {1010} {1011} 1120 滑移方向 110×3 × ×2 111 ×1 ×1 ×3 滑移系数目 12 12 12 24 3 3 6 常见金属 Cu,Al,Ni,Au Fe,W,Mo Fe,W Fe Mg,Zn,Ti Mg,Zr,Ti Mg,Ti 12 3 临界分切应力 滑移是在切应力作用下发生的 滑移发生的力学条件: 滑移发生的力学条件: P cos λ P τ= = cos ? cos λ = σ o cos ? cos λ A / cos ? A 13 当外加应力等于屈服强度时: 当外加应力等于屈服强度时: 宏观上:晶体出现塑性变形。 宏观上:晶体出现塑性变形。 微观上: 晶体开始滑移。 微观上 : 晶体开始滑移 。 此时滑移方向上的分 切应力达到临界值,称为临界分切应力 临界分切应力。 切应力达到临界值,称为临界分切应力。 τk:在滑移面上沿滑移方面开始滑移的最小分切 应力。 应力。 τ k = σ s m m = cos? cosλ 14 m称为取向因子,或称施密特因子(Schmid)。 称为取向因子,或称施密特因子(Schmid)。 与塑性变形: 越大,越有利于滑移。 m与塑性变形:m越大,越有利于滑移。 tk的特点 的特点: tk的特点: 临界分切应力的大小主要取决于金属的本性, 1)临界分切应力的大小主要取决于金属的本性 1)临界分切应力的大小主要取决于金属的本性, 与外力无关。当条件一定时, 与外力无关。当条件一定时,各种晶体的临 界分切应力各有其定值 2)是一个组织敏感参数 是一个组织敏感参数。 2)是一个组织敏感参数。 材料的组织性能——临界切应力决定屈服强度) 15 4 滑移时晶体的转动 1)位向和晶面的变化 滑移过程中, 滑移过程中,滑移面和滑移方向的转动必然导 致取向因子的改变。 致取向因子的改变。 2)取向因子的变化 几何硬化 几何软化 16 5 多滑移 单滑移: 1)单滑移:只有一组滑移系处于最有利的取向 最大) 分切应力最大,便进行单系滑移。 (m最大)时,分切应力最大,便进行单系滑移。 多滑移:在多个( 滑移系上同时 同时或 2)多滑移:在多个(2)滑移系上同时或交替 进行的滑移。 进行的滑移。 发生多滑移时会出现几组交叉的滑移带。 发生多滑移时会出现几组交叉的滑移带。 交滑移: 3)交滑移 交滑移:晶体在两个或多个不同滑 移面上沿同一滑移方向进行的滑移。 移面上沿同一滑移方向进行的滑移。 17 多滑移 18 交滑移 19 交滑移和多滑移的区别: 交滑移和多滑移的区别: 发生多滑移时会出现几组交叉的滑移带; 发生多滑移时会出现几组交叉的滑移带;发生 交滑移时会出现曲折或波纹状的滑移带。 交滑移时会出现曲折或波纹状的滑移带。 交滑移必须是纯螺型位错, 交滑移必须是纯螺型位错,因其滑移面不受限 可以同时进行共向滑移。 制。可以同时进行共向滑移。 6 滑移的位错机制 20 21 二 孪生 1 孪生现象 在切应力作用下, 在切应力作用下 , 晶体的一部分相对于另一部 分沿一定的晶面和晶向发生均匀切变并形成晶 体取向的镜面对称关系。 体取向的镜面对称关系。 22 变形部分与未变形部分以孪晶面为准, 变形部分与未变形部分以孪晶面为准,构成镜 面对称,形成孪晶。 面对称,形成孪晶。孪晶在显微镜下呈带状或 透镜状。 透镜状。 2 孪生变形的特点 1 ) 孪生使一部分晶体发生了均匀的切变 , 而 孪生使一部分晶体发生了均匀的切变, 滑移是不均匀的,只集中在一些滑移面上进行。 滑移是不均匀的,只集中在一些滑移面上进行。 2 ) 孪生后晶体变形部分与未变形部分成镜面 对称关系,位向发生变化。 对称关系,位向发生变化。 23 3)孪生比滑移的临界分切应力高,萌发于滑 孪生比滑移的临界分切应力高, 移受阻因其的局部应力集中区。 移受阻因其的局部应力集中区。 4)孪生对塑性变形的贡献比滑移小得多。孪 孪生对塑性变形的贡献比滑移小得多。 生改变了晶体位向 5)由于孪生变形时,局部切变可达较大数量, 由于孪生变形时,局部切变可达较大数量, 所以在变形试样的抛光表面上可以看到浮凸, 所以在变形试样的抛光表面上可以看到浮凸, 经重新抛光后,虽然表面浮凸可以去掉, 经重新抛光后,虽然表面浮凸可以去掉,但因 已变形区的晶体位向不同, 已变形区的晶体位向不同,所以在偏光下或浸 蚀后仍能看到孪晶。 蚀后仍能看到孪晶。而滑移变形后的试样经抛 光后滑移带消失。 光后滑移带消失。 24 第三节 多晶体的塑性变形 多晶体塑性变形的基本方式也是滑移和孪生。 多晶体塑性变形的基本方式也是滑移和孪生。 一、晶粒取向的影响 1 变形过程 25 2 晶粒之间变形的协调性 原因:各晶粒之间变形具有非同时性。 (1)原因:各晶粒之间变形具有非同时性。 要求: 各晶粒之间变形相互协调。 ( 2 ) 要求 : 各晶粒之间变形相互协调 。 独立变形会导致晶体分裂) (独立变形会导致晶体分裂) 条件:独立滑移系3 (3)条件:独立滑移系3~5个。(保证晶 粒形状的自由变化 26 二、晶界的影响 1多晶体变形的现象 2晶粒大小与性能的关系 晶粒越细 , 强度越高 , 塑 性韧性越好。 性韧性越好。 27 1)对强度的影响-细晶强化 对强度的影响- 霍尔-配奇公式: HALL-PETCH公式 霍尔-配奇公式: HALL-PETCH公式 ss=s0+kd-1/2 2)对塑性、韧性的影响 对塑性、 28 第四节 合金的塑性变形 提高强度的另一方法是合金化。 提高强度的另一方法是合金化。合金塑性变形 合金化 的基本方式仍是滑移和孪生,但因组织、 的基本方式仍是滑移和孪生,但因组织、结构 的变化,塑性变形各有特点。 的变化,塑性变形各有特点。 一、固溶体的塑性变形 1 固溶强化现象 29 2 强化机制 1)晶格畸变,阻碍位错运动; 1)晶格畸变,阻碍位错运动; 晶格畸变 2)柯氏气团强化。 柯氏气团强化。 30 二、 屈服和应变时效 1 屈服现象 吕德斯带 吕德斯带扩展 吕德斯带危害: 吕德斯带危害:因屈服 延伸区的不均匀变形( 延伸区的不均匀变形(吕 德斯带) 德斯带)使工件表面粗糙 不同。 不同。 31 2 应变时效 原因:柯氏气团的存在、破坏和重新形成。 原因:柯氏气团的存在、破坏和重新形成。 低碳钢时效图 32 三 多相合金的塑性变形 单相合金的强化:加入第二相形成多相合金。 单相合金的强化:加入第二相形成多相合金。 相变热处理( 第二相可通过相变热处理 沉淀强化, 第二相可通过相变热处理(沉淀强化,时效强 粉末冶金方法(弥散强化) 化)或粉末冶金方法(弥散强化)获得 多相合金根据第二相粒子的尺寸大小分类 聚合型 多相合金 弥散型 第二相很细小,且弥散分 布于基体晶粒内 33 第二相的尺寸与基体晶 粒尺寸属同一数量级 1 聚合型两相合金的变形 性能按下列方法估计 1)两相都具有较好的塑性,合金的变形阻力 两相都具有较好的塑性, 决定于两相的体积分数。 决定于两相的体积分数。 σ =?1σ1 +?2σ2 34 2)软基体+硬第二相合金的性能除与两相的 )软基体+ 相对含量有关外, 相对含量有关外,在很大程度上取决于脆性相 形状和分布。 的形状和分布。 第二相网状分布于晶界(二次渗碳体) 易沿 第二相网状分布于晶界(二次渗碳体),易沿 晶脆断; 晶脆断; 原因:因塑性相晶粒被脆性相包围分割, 原因:因塑性相晶粒被脆性相包围分割,少量 塑变即脆断 35 两相呈层片状分布(珠光体) 两相呈层片状分布(珠光体) 特点:变形主要集中在基体相中, 特点:变形主要集中在基体相中,位错的移动 被限制在很短的距离内, 被限制在很短的距离内,增加了继续变形的阻 使其强度提高。 力,使其强度提高。 片层间距越小,其强度越高 片层间距越小, 第二相呈颗粒状分布(球状渗碳体)。 第二相呈颗粒状分布(球状渗碳体)。 强度降低,塑性、 强度降低,塑性、韧性得到改善 36 二 弥散型合金的塑性变形 1 不可变形微粒的强化作用 位错绕过第二相粒子(粒子、 位错绕过第二相粒子(粒子、位错环阻碍位错 运动) 运动) 位错克服第二粒子的阻碍作 用,克服位错环对位错源的 反向应力。继续变形时必须 增大外应力,从而使流变应 力迅速提高 37 2 可变形微粒的强化作用 当第二相偎可变形微粒时, 当第二相偎可变形微粒时,位错将切过粒子使 其与基体一起变形 38 第五节 冷变形金属的组织与性能 一、对显微组织的影响 1 形成纤维组织 塑性变形量很大时,各晶粒已不能分辨而成为 塑性变形量很大时, 一片如纤维状的条纹,称为纤维组织 一片如纤维状的条纹,称为纤维组织 晶粒拉长; 杂质呈细带状或链状分布。 1)晶粒拉长;2)杂质呈细带状或链状分布。 纤维组织具有明显的各向异性, 纤维组织具有明显的各向异性,纵向的强度和 塑性高于横向。 塑性高于横向。 39 2 形成大量亚结构 40 二 变形织构 1 变形织构 择优取向:塑性变形过程中晶粒的转动, 择优取向 : 塑性变形过程中晶粒的转动 , 使绝 大部分晶粒的某一位向与外力方向趋于一致的 现象 变形织构: 变形织构:多晶体材料由塑性变形导致的各晶 粒呈择优取向的组织。 粒呈择优取向的组织。 特征: 特征:各向异性 41 2 类型 丝织构:某一晶向趋于与拔丝方向平行。(拉 丝织构:某一晶向趋于与拔丝方向平行。(拉 晶向趋于与拔丝方向平行。( 拔时形成) 拔时形成) 板织构: 晶面趋于平行于轧制面, 晶向趋 板织构:某晶面趋于平行于轧制面,某晶向趋 趋于平行于轧制面 于平行于主变形方向。(轧制时形成) 于平行于主变形方向。(轧制时形成) 主变形方向。(轧制时形成 42 3 对性能的影响 不利:造成变形不均匀,制耳。 不利:造成变形不均匀,制耳。 有利:硅钢片100 有利:硅钢片100织构可减少铁损 43 三、残余应力(约占变形功的10%) 残余应力(约占变形功的10% 10 储存能—— 塑性变形中还有约 10% ——塑性变形中 还有约10 储存能 —— 塑性变形中 还有约 10% 的变形功被 保留于金属内部。 保留于金属内部。 第一类残余应力(弹性应变) 1 第一类残余应力(弹性应变) 宏观内应力:由整个物体变形不均匀引起。 宏观内应力:由整个物体变形不均匀引起。 作用: 作用: 表面残留压应力, 表面残留压应力,可显著提高其疲劳强度 44 2 第二类残余应力 微观内应力:由晶粒变形不均匀引起。 微观内应力:由晶粒变形不均匀引起。 作用: 作用:造成显微裂纹并导致工件的破坏 3 第三类残余应力: 第三类残余应力: 点阵畸变:由位错、空位等引起。80-90%。 点阵畸变:由位错、空位等引起。80-90%。 作用:使金属处于热力学不稳定状态, 作用:使金属处于热力学不稳定状态,是 回复和再结晶” “回复和再结晶”的驱动力 45 四 塑性变形对性能的影响 应变硬化(加工硬化) 1 应变硬化(加工硬化) 46 2 加工硬化的作用 对一些不能用热处理强化(固态下无相变) 对一些不能用热处理强化(固态下无相变) 不能用热处理强化 的材料重要强化手段。 的材料重要强化手段。 使塑性变形均匀, 使塑性变形均匀,不致集中在某些局部区域 而引起破裂。 而引起破裂。 加工硬化还可以提高零件或构件在使用中的 安全性。 安全性。 加工硬化使金属在冷加工过程中, 加工硬化使金属在冷加工过程中,变形抗力 会不断增加,增加动力及设备消耗。 会不断增加,增加动力及设备消耗。 47 3 加工硬化曲线)典型的单晶体加工硬化曲线 Ⅰ——易滑移阶段 特点:斜率很小。 Ⅱ——线性硬化阶段。 特点:斜率几乎恒定 且最大值。 第Ⅲ阶段:抛物线)解释:位错的运动 解释: 易滑移阶段:应力低, 易滑移阶段:应力低,少量的软取向滑移系开动 位错受阻碍少,易运动。流变较大。 位错受阻碍少,易运动。流变较大。 线性硬化阶段:多滑移, 线性硬化阶段:多滑移,位错间的交互作用导 致位错交割,塞积等作用,阻碍位错运动, 致位错交割,塞积等作用,阻碍位错运动,加 工硬化率高。 工硬化率高。 抛物线硬化阶段:应力极高, 抛物线硬化阶段:应力极高,位错通过交滑移 绕过障碍,异号位错抵消等,降低位错密度, 绕过障碍,异号位错抵消等,降低位错密度, 加工硬化率下降。 加工硬化率下降。 50 3)不同晶格类型的单晶体加工硬化曲线 面心立方晶体为典型的三阶段加工硬化特征 4)多晶体加工硬化曲线 因其变形中晶界的阻碍作用和晶粒之间的协调 配合要求,其加工硬化曲线通常更陡, 配合要求,其加工硬化曲线通常更陡,加工硬 化速率更高。 化速率更高。 51 52 第六节 聚合物的变形 聚合物的变形特点:强烈地依赖于T 聚合物的变形特点:强烈地依赖于T和t,表现 为弹性材料和黏弹性流体性质 一、热塑性聚合物的应力—应变曲线 热塑性聚合物的应力— 53 Point of elastic limit 弹性极限点 Yielding point 屈服点 Strain softening 应变软化 Y N D B Breaking point 断裂点 σB σY σA A plastic deformation 塑性形变 ?σ σ A E= = ?ε ε A Strain hardening 应变 硬化 O ε A εy εB 非晶态聚合物在玻璃态的应力非晶态聚合物在玻璃态的应力-应变曲线 应力-应变曲线的类型Types stress应力-应变曲线的类型Types of stress-strain curve 软-硬:模量 强-弱:屈服强度 韧-脆:断裂能 55 聚合物具有黏弹性,其应力—应变行为受温度、 聚合物具有黏弹性,其应力—应变行为受温度、 应变速率的影响很大。 应变速率的影响很大。 σ 1 2 3 T 4 5 ε 非晶聚合物不同温度下的σ 非晶聚合物不同温度下的σ-ε曲线 三、剪切带与银纹 1剪切带 聚合物的屈服塑性变形是以剪切滑移的方式进 行的。滑移变形可局限于某一局部区域, 行的。滑移变形可局限于某一局部区域,形成 剪切带 2 银纹 某些聚合物在玻璃态拉伸时, 某些聚合物在玻璃态拉伸时,会出现肉眼可见 的微细凹槽,类似于微小的裂纹。 的微细凹槽,类似于微小的裂纹。因其能反射 光线而看上去银光闪闪,故称之为银纹 银纹。 光线而看上去银光闪闪,故称之为银纹。 59 四、热固性塑料的变形 热固性塑料:刚硬的三维网络结构, 热固性塑料:刚硬的三维网络结构,分子不易 运动 拉伸特点: 拉伸特点:表现出脆性金属或陶瓷一样的变形 特性。 特性。 压缩特点:在压应力下能发生大量的塑性变形。 压缩特点: 在压应力下能发生大量的塑性变形。 60 第七节 陶瓷材料的力学行为 1 前言 陶瓷材料大都是脆性材料, 陶瓷材料大都是脆性材料,对缺陷十分敏 故其强度试验结果的分散性大。 感,故其强度试验结果的分散性大。要使陶瓷 材料作为结构材料在工程中获得应用,需要对 材料作为结构材料在工程中获得应用, 其力学性能做更多的研究, 其力学性能做更多的研究,并对其力学性能的 试验结果做统计分析。 试验结果做统计分析。 61 2 陶瓷材料的弹性模量 除少数几个具有简单的晶体结构, MgO, 除少数几个具有简单的晶体结构,如MgO, KCl, KBr等 在室温下稍具塑性以外, KCl, KBr等,在室温下稍具塑性以外,一般 陶瓷的晶体结构复杂,室温下没有塑性(脆 陶瓷的晶体结构复杂,室温下没有塑性( 性材料)。 性材料)。 脆性材料的拉伸试验——测定其弹性模量和 脆性材料的拉伸试验——测定其弹性模量和 —— 断裂强度。 断裂强度。 62 表13-1 材 料 金刚石 WC TiB2 Al2O3 TiC E/GPa 1200 717 648 510 490 典型陶瓷材料的弹性模量 材 料 W2C MoSi2 BeO FeSi2 ZrC E/GPa 428 380 352 345 345 材 料 E/GPa 345 317 485 455 440 NbC Be2C SiC B4C ZrB2 63 气孔率对陶瓷材料弹性模量的影响 E eff E o (1 ? p ) = (1 + 2.5 p ) 式中E0为无孔隙时陶瓷材料的弹性模量, 式中E0为无孔隙时陶瓷材料的弹性模量, E0为无孔隙时陶瓷材料的弹性模量 p为孔隙率。 为孔隙率。 64 金属与陶瓷材料σ-e曲线

更多精彩尽在这里,详情点击:https://thaichefcasual.com/,勒沃库森队

Next post:

发表评论

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用*标注