当前位置: 主页 > www.098kj.net >

变形_图文_百度文库

时间:2019-10-06 03:27来源:未知 作者:admin 点击:

  预备知识:极 图 第八章 材料的形变 (Chapter 8 Deformation of Materials ) 典型材料的拉伸应力-应变曲线 (stress-strain curve) 弹性极限σe :应力应变成线性关系的极限应力 屈服极限σs :开始发生明显塑性变形的应力 抗拉强度σb : 断裂前能够承受的最大应力 材料的变形主要分为弹性变形和塑性变形 §8.1 材料的弹性变形(Elastic deformation of materials) 1 弹性变形的本质 ● 弹性变形(elastic deformation):外力去除后能够 完全恢复的那部分变形; 2 弹性变形的特征 ● 理想的弹性变形是可逆变形, 加载时变形,卸载时变形消失、恢复原状; ● 在弹性变形范围内,应力与应变之间 服从虎克定律(Hooke’s law) 正应力下:σ = Eε 切应力下:τ = Gγ E G? 2(1 ? ? ) E :正弹性模量(Young’s modulus) G :切变模量(shear modulus) ν :泊松比(Poisson’s ratio) ● 弹性模量反应原子间的结合力,是组织结构的不敏感参数 ● 工程上,弹性模量是材料刚度的度量,表征材料抵抗弹性变形的能力 §8.2 单晶体的塑性变形(Plastic deformation of single crystalline) ● 塑性变形(plastic deformation):当应力超过 屈服应力,材料发生的不可逆的永久变形 单晶体的塑性变形主要 通过滑移方式进行,此 外尚有孪生和扭折 ● ●屈服强度与条件屈服强度 ●塑性变形方式: 滑移,两弹一星元勋墙吸引了很多观众。马会开奖结,孪生,扭折 1 滑移(slip) 1)滑移线与滑移带(slip lines and slip bands) ● 当应力超过弹性极限时,晶体中会产生 层片之间的相对滑移,这些滑移的累计 构成晶体的塑性变形 ● 宏观上,材料的表面可见一条条细线(滑移带) ● ● 微观上,可见一系列相互平行的更细的线-滑移线; 一组滑移线构成滑移带; 滑移只是集中在某些晶面上 2)滑移系(slip systems) ● 塑性变形时,材料的滑移只能沿一定的晶面或一定的晶向进行, 这些晶面和晶向就称为滑移面和滑移方向 滑移面和滑移方向一般是原子排列的密排面和密排方向, 因其面间距最大,点阵阻力小。 滑移方向是原子密排方向,此方向上原子间距小,位错柏氏矢量小 每一个滑移面和此面上的一个滑移方向合起来构成一个滑移系 一般,材料中的滑移系越多,滑移过程中可能采取的空间取向越多, 滑移容易进行,塑性好。 面心立方(fcc):{111}41103 = 12个 体心立方(bcc):{110}61112 +{112}121111 +{123}241111 = 48个 ● ● ● ● 体心立方晶体的滑移面不确定 ● 密排六方(hcp):(0001)1 ? 1120 ? 其塑性比面心立方和体心立方差 3 = 3个, 3)滑移的临界分切应力 (critical resolved shear stress of slip) ● 引起滑移的应力为滑移面上的且应力 单向拉伸条件下,外力在滑移面沿滑移方向的分切应力: F cos? F ? cos? cos? A / cos? A ? =? cos? cos? ?? ● cosυcosλ称为取向因子 或施密特因子(Schmid factor) 当υ=λ=45?时,取向因子最大, 可用最小的拉力开始滑移 ● ● 当外力作用在某一滑移系中的分切应力达到一定临界值时,滑移系开 始滑移,该分切应力称为滑移的临界分切应力 ?s ? ? crss cos? cos ? 上式称为Schmid定律τcrss是一个反映单晶体受力起始屈服的物理量 是材料本身的特性(原子间结合力、晶面间距),与晶体取向和受力状况无关。 屈服应力是与晶体取向和受力状态有关的量 ● 4)滑移时晶面的转动(rotation) 滑移过程中,晶体要发生转动,从 而导致晶体的空间取向发生变化。 ● 拉伸时使滑移方向逐渐转到与应力轴 平行的方向 压缩时,转到与应力轴垂直的方向 Compressive Tensile ● 影像规则 滑移面转动 滑移方向旋转 双滑移 5)多滑移(multiple slip) ● 对于有多组滑移系的晶体,滑移首先在取向最有利的滑移系中进行, 随着变形时晶面的转动,另外的滑移系逐渐转到对滑移有利的取向, 从而使滑移过程沿着两个或多个滑移系交替进行或同时进行, 这种滑移过程称为多滑移,也称多系滑移、复滑移 例:fcc中][001]为拉伸轴,有多个滑移系具有相同的Schmid因子, 可同时或交替动作。 2 孪生(twinning) 1)孪生(twinning): ● 晶体在切应力作用下沿着一定的晶面 (孪晶面, twin plane) 和一定的晶向 (孪晶方向, twin direction),在一个区 域内发生均匀的切变; ● 这样的切变并未使晶体的结构变化, 但确使均匀切变区中的晶体取向发生 变化,且变形与未变性区呈镜面对称 2)孪生的特点 ● 孪生变性是在切应力下发生, 临界应力大于滑移所需的应力; ● ● 孪生是一种均匀切变; 孪晶的两部分晶体呈镜面对称; 3) 滑移与孪生的对比 4) 孪晶(twin)的形成 ● 变形孪晶(机械孪晶, deformation twins) ● 生长孪晶:气相沉积、凝固等 ● 退火孪晶(annealing twins,可归属于生长孪晶 3 扭折(kink, 不常见) ● 主要发生在滑移和孪生都不能发生的情况 下发生,如 HCP(0001)面平行力作用下 发生扭折 ● 变形区域称为扭折带, 扭折区的晶体取向 发生不对称性的变化 4 加工硬化--单晶体的应力-应变曲线 ● 典型的单晶体的应力-应变曲线 ● 塑性变形的三个阶段 1) 易滑移阶段: 通常只有一个滑移系进行滑移 2) 线性硬化阶段: 第二滑移系开动,滑移线交割, 滑移障碍增加 3) 抛物线阶段: 一些障碍被越过,产生交滑移, 发生动态回复等 ● 三种典型晶体结构的应力-应变曲线 bcc、fcc有典型的三阶段, hcp只有两个阶段 §8.3 晶体滑移的位错机制 1 位错运动的阻力: ● 派—纳力(晶格摩擦力 2?d 2?W ? P? N ? 2G exp[? ] ? 2G exp[? ] (1 ? ? )b b d为晶面间距、 W为位错宽度、 b为柏氏矢量 ● 对简单立方结构: τP-N =2x10-4 G, 接近实测分切应力 2 滑移引起位错增殖 弗兰克—瑞德源 (Frank-Read source, F-R源) 4 交滑移的位错机制(cross slip) ● 交滑移是螺型位错在不改变滑移方向的情况下 转变滑移面的过程,它增加了滑移的灵活性 交滑移对材料的塑性影响大,交滑移容易的 材料,塑性好。 交滑移与材料的层错能有关 层错能低,交滑移困难, 层错能高,交滑移容易 ● ● ● 刃型位错只有一个滑动面,不产生交滑移 5 刃型位错的攀移(climb) ● 刃型位错的攀移即多余半原子面通过 空位扩散而扩大或缩小 正攀移图解 §8.4 多晶体的塑性变形(Plastic deformation of polycrystalline) 1 多晶体塑性变形的特点 1) 多晶体结构的特点: ● 存在晶界、 ●相邻晶粒之间取向不同 2) 塑性变形的特点: (1) 各相邻晶粒的变形相互协调和配合 ● 每个晶粒不只是在取向最有利的单滑移系上滑移, 而必须在几个滑移系上滑移,其中有些滑移系不 一定取向最有利 ● 多晶体塑性变形时要求每个晶粒至少能在5个独立 的滑移系上滑移,多晶体的塑性变形是通过各晶 粒的多系滑移来保证相互间的协调。 体心立方和面心立方有较多的滑移系,多晶体有较好的塑性, 密排六方滑移系少,晶粒间协调性差,塑性变形能力低 ● ● (2) 晶界对形变过程的阻碍作用 ● 位错不能越过晶界进入相邻的晶 粒,在晶界处塞积 ● 晶界的作用与晶界的数量相关, 而这直接取决于晶粒的大小 ● 霍尔—佩奇公式 (Hall-Petch equation) 多晶体的屈服强度与晶粒平均 直径的关系: ? s ? ? 0 ? Kd ?1/ 2 σ 0:为一常数,大体等于单晶体的 屈服度, d: 晶粒直径 K:表征晶界对强度影响的程度 §8.5 合金的塑性变形(Plastic deformation of alloys) 1 基本特点 1) 合金塑性变形的基本过程仍然是滑移和孪生 2) 合金的组织结构的复杂性决定了其塑性变形 的特点 (1) 合金为单相合金时, 固溶体,Cu-Ni (2) 合金为复相合金时 ● 聚合型合金: 第二相的尺寸与基体相相近, Pb-Sn ● 分散分布型 (dispersion distribution): 第二相非常细小且分散分布, Fe-Fe3C、Sn-Ag3Sn 2 固溶体的塑性变形(plastic deformation of solid solution) 1) 固溶强化(solid-solution strengthening): 溶质原子的加入引起点阵畸变,增加了位错运动的阻力, 增大了晶体滑移阻力 2) 宏观表现固溶体的屈服强度高于纯溶剂的 3) 影响固溶强化效果的因素 ● 溶质浓度: 溶质浓度增加,效果大 ● 固溶体类型: 间隙型大于置换型 ● 溶质溶剂原子尺寸差(置换型): 尺寸差越大,效果好 ●溶质溶剂弹性模量差 ● 溶质溶剂原子价电子数差(置换型): 差别越大,效果好 3 复相合金的塑性变形 1)聚合型合金 (1)两相都为塑性相, 晶粒大小相当Pb-Sn ● 合金变形的阻力取决于两相的 体积分数,可用机械混合法则 等应变理论:σa = f1σ1 + f2σ2 等应力理论:εa = f1ε1 + f2ε2 (2)两相中一个为塑性相,另一个为脆性相 ● 合金变形的阻力不仅取决于两相的体积分数, 而且还与形状、大小和分布有关 2)分散分布型(dispersion distribution) 弥散细小分布的第二相分布在基体相中时,会产生显著的强化作用 (1)第二相粒子为可变形颗粒时 位错将切过粒子使之随同基体一起变形 * ● ● 强化机理主要有: 位错切过粒子,粒子产生新的表面积,使总的表面积升高; 产生新的割阶,产生应力场等,给位错的运动带来困难; 2)分散分布型(con’t) (2)第二相不能变形 条件: ● 第二相硬、脆, ● 可变形颗粒增大,与基体非共格 * 强化机理: 位错绕过机制(奥罗万机制,Orowan mechanism) ● L:粒子间距(面对面间距);G:切变模量;b:柏氏矢量 相图体积分数下,第二相越小,L越小,强化效果越好--弥散强化 Gb ?O ? L 5 低碳钢的屈服和应变时效 (yielding and strain aging) 1) 低碳钢的屈服现象和吕德斯带 ● 屈服现象(yielding): 上下屈服点及屈服平台 ● 吕德斯带(Lü ders band): 应力超过屈服极限时,在试样 表面产生一个与拉伸轴成45度 的变形带。它与滑移带不同, 是许多晶粒协调变形的结果。 ● 屈服现象的原因: (1) 柯氏气团(Cottrell atmosphere): (anchoring of dislocation) (2) 位错增殖:刚开始位错少,位错增殖快, 到一定程度后流变应力降低 ? ? ? ?mbv, v ?? m 开始时位错密度低,需要较 高应力才能保持变形速率 (夹头移动速度。 塑性变形开始后位错迅速增 殖,维持相同变形速度的应 力降低 2) 应变时效 退火状态的试样拉伸超过屈服 点卸载马上再加载,不发生屈 服现象放置一段时间后再加载, 屈服现象重新出现 ● 机理:柯氏气团解释 (Cottrell atmosphere) §8.6 塑性变形对材料组织与性能的影响 1 显微组织的变化 ● 晶粒沿形变方向被拉长 ● 夹杂物和第二相: – 纤维状 塑性好的被拉长, 塑性差的破裂 ● 亚结构(sub-structure): 晶粒内部位错密度(dislocation density)增加, 位错缠结(dislocation tangle), 位错胞状亚结构 – 形变亚晶 (deformation substructure) 2 形变织构(deformation texture) 1) 形变织构:是多晶体材料(金属)由于 形变而形成的各晶粒具有择优取向的组织 2) 成因:塑性变形中,随着变形程度的增加, 各晶粒滑移方向向主变形方向转动,使多 晶体的各晶粒最终在空间位向上呈现一定 程度的一致现象,这种现象称为择优取向 (preferred orientation),这种组织状态 称为形变织构(deformation texture) ● 丝织构(fiber texture): 某一晶向大致与拔丝方向一致; ● 板织构(sheet texture): 某一晶面与轧制面平行,某一晶向与 轧制时的主变形方向一致。 ● 形变织构造成多晶体呈现各向异性, 可以利用于磁性材料中,降低磁损, 但也造成冷变形件的制耳(ears)。 2 性能的变化 ● 加工硬化(work hardening, strain hardening): (金属)材料冷加工变形后,强度(硬度)显著提高,塑性 下降的现象。是一种重要的金属强化方式。 也称冷作硬化(cold working) 电阻率升高,抗腐蚀性下降,等等 ● 4 残余应力(residual stress) ● 塑性变形中,以畸变能的形式储存在形变材料内部的 那部分外力所作的功 1) 宏观残余应力(第一类内应力): 材料(或零件)各个部分的宏观形变不均匀现象, 约占总储存能的0.1% 2) 微观残余应力(第二类内应力): 晶粒或亚晶粒之间变形不均匀所导致, 其作用范围与晶粒尺寸相当 3) 点阵畸变(lattice distortion, 第三类内应力): 是由于塑性变形中形成的大量晶体缺陷所导致, 作用范围为几十至几百纳米, 影响: ● ● ● 导致工件的变形、开裂; 引起应力腐蚀; 表面压应力可提高抗疲劳强度

平特一肖公式规律算法| 小鱼儿玄机2站解码儿| 香港最快开奖现场直播| 港京图库港京彩图| 九龙老牌图库| 忘不了| 正版铁算盘一句解特马| 生财有道印刷图库| 金多彩第一时间看开奖结果| 马经精版料图片2019|