一4塑性变形及其性能指标课件.ppt
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- 关 键 词:
- 塑性变形 及其 性能指标 课件
- 资源描述:
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1、LOGO回忆:回忆:力力伸长曲线伸长曲线弹性变形弹性变形阶段阶段屈服塑屈服塑性变形性变形均匀塑均匀塑性变形性变形不均匀集不均匀集中塑性变中塑性变形形LOGO4.1 塑性变形机理塑性变形机理v材料的塑性变形:是微观结构的相邻部分材料的塑性变形:是微观结构的相邻部分产生永久性位移,但并不引起材料破裂的产生永久性位移,但并不引起材料破裂的现象。现象。LOGO4.1.1 金属材料的塑性变形金属材料的塑性变形LOGO晶体的滑移晶体的滑移晶体的孪生晶体的孪生4.1.1.1 金属材料变形的机理金属材料变形的机理LOGO1. 晶体的滑移晶体的滑移滑移是晶体一部分沿一定的晶面(滑移面)滑移是晶体一部分沿一定的晶
2、面(滑移面)和晶向(滑移方向)相对于另一部分作相对和晶向(滑移方向)相对于另一部分作相对移动。移动。滑滑 移移LOGO滑移平面图LOGO滑移立体图滑移立体图LOGO 滑移特点滑移特点(1)滑移只能在切应力作用下才会发生,不同金属产生)滑移只能在切应力作用下才会发生,不同金属产生滑移的最小切应力(称滑移临界切应力)大小不同。钨、滑移的最小切应力(称滑移临界切应力)大小不同。钨、钼、铁的滑移临界切应力比铜、铝的要大。钼、铁的滑移临界切应力比铜、铝的要大。(2)滑移是晶体内部)滑移是晶体内部位错位错在切应力作用下运动的结果。在切应力作用下运动的结果。滑移并非是晶体两部分沿滑移面作整体的相对滑动,而滑
3、移并非是晶体两部分沿滑移面作整体的相对滑动,而是通过位错的运动来实现的。是通过位错的运动来实现的。位错是一种线缺陷位错是一种线缺陷,它是晶体中它是晶体中某处一列或若干列原子发生了某处一列或若干列原子发生了有规律错排现象。有规律错排现象。 LOGOv刃形位错可以看作是由于在刃形位错可以看作是由于在y轴的上半部分插入了一片轴的上半部分插入了一片额外的原子面所产生。这个原子面的插入使上半部分晶额外的原子面所产生。这个原子面的插入使上半部分晶体中的原子受到挤压,而使下半部分晶体中的原子受到体中的原子受到挤压,而使下半部分晶体中的原子受到拉伸。拉伸。 刃型位错刃型位错LOGOv位错在剪应力下沿着滑移面移
4、动,这个应力趋向于使样位错在剪应力下沿着滑移面移动,这个应力趋向于使样品的上表面向右移动。品的上表面向右移动。 刃型位错的运动刃型位错的运动LOGO螺位错及运动螺位错及运动v滑移面的一部分滑移面的一部分ABEF沿平行于位错线沿平行于位错线EF的方向发生了的方向发生了滑移。滑移。 LOGO(3 3)由于位错每移出晶体一次即造成一个原子间距的变)由于位错每移出晶体一次即造成一个原子间距的变形量,因此晶体发生的总变形量一定是这个方向上的原形量,因此晶体发生的总变形量一定是这个方向上的原子间距的整数倍。子间距的整数倍。 (4 4)滑移总是沿着晶体中原子密度最大的晶面)滑移总是沿着晶体中原子密度最大的晶
5、面( (密排面密排面) )和其上密度最大的晶向和其上密度最大的晶向( (密排方向密排方向) )进行,这是由于密排进行,这是由于密排面之间、密排方向之间的间距最大,结合力最弱,点阵面之间、密排方向之间的间距最大,结合力最弱,点阵阻力最小,因此滑移面为该晶体的密排面,滑移方向为阻力最小,因此滑移面为该晶体的密排面,滑移方向为该面上的密排方向。该面上的密排方向。LOGO(5)一个滑移面与其上的一个滑移方向组成一个)一个滑移面与其上的一个滑移方向组成一个滑移系。滑移系。 v滑移系的个数滑移系的个数:(:(滑移面个数)滑移面个数)(每个面上所具(每个面上所具有的滑移方向的个数)有的滑移方向的个数)v滑移
6、系数目与材料塑性的关系:滑移系数目与材料塑性的关系:(1 1)一般滑移系越多,塑性越好;)一般滑移系越多,塑性越好;(2 2)与滑移面密排程度和滑移方向个数有关;)与滑移面密排程度和滑移方向个数有关;(3 3)与同时开动滑移系数目有关()与同时开动滑移系数目有关( c c)。)。LOGOLOGO(6 6)滑移时晶体发生转动。)滑移时晶体发生转动。 位向和晶面的变化:位向和晶面的变化: 拉伸时拉伸时, ,滑移面和滑移方向趋于平行于力轴方向滑移面和滑移方向趋于平行于力轴方向; ; 压缩时,晶面逐渐趋于垂直于压力轴线。压缩时,晶面逐渐趋于垂直于压力轴线。LOGO 取向因子的变化:取向因子的变化:几何
7、硬化:几何硬化: , 远离远离4545 ,滑移变得困难;,滑移变得困难; 几何软化;几何软化; , 接近接近4545 ,滑移变得容易。,滑移变得容易。 滑移的临界分切应力(滑移的临界分切应力( c) c:在滑移面上沿滑移方面开始滑移的最小分切应力。:在滑移面上沿滑移方面开始滑移的最小分切应力。 (外力在滑移方向上的分解外力在滑移方向上的分解) c s cos cos LOGO2. 晶体的孪生晶体的孪生v孪晶与未变形的基体间孪晶与未变形的基体间以孪晶面为对称面成镜以孪晶面为对称面成镜面对称关系面对称关系 。v孪生:在切应力作用下孪生:在切应力作用下晶体一部分相对于一定晶体一部分相对于一定晶面(孪
8、生面)和晶向晶面(孪生面)和晶向(孪生方向)发生切变(孪生方向)发生切变的变形过程。的变形过程。LOGO 孪晶中的晶格位向变化孪晶中的晶格位向变化 发生切变、位向改变的这一部分晶体称为孪晶。发生切变、位向改变的这一部分晶体称为孪晶。 孪晶与未变形部分晶体原子以孪晶面为对称面成镜面对称关系。孪晶与未变形部分晶体原子以孪晶面为对称面成镜面对称关系。 孪生所需的临界切应力比滑移的大得多,孪生只在滑移很难进行孪生所需的临界切应力比滑移的大得多,孪生只在滑移很难进行 的情况下才发生。的情况下才发生。LOGO 晶体孪生的特点晶体孪生的特点(1)孪生变形也是在切应力作用下发生的,并通常出现)孪生变形也是在切
9、应力作用下发生的,并通常出现于滑移受阻而引起的应力集中区,因此,孪生所需的临于滑移受阻而引起的应力集中区,因此,孪生所需的临界切应力要比滑移时大得多,只有在滑移过程很困难时,界切应力要比滑移时大得多,只有在滑移过程很困难时,晶体才发生孪生。晶体才发生孪生。 (2)孪生是一种均匀切变,即切变区内与孪晶面平行的)孪生是一种均匀切变,即切变区内与孪晶面平行的每一层原子面均相对于其毗邻晶面沿孪生方向位移了一每一层原子面均相对于其毗邻晶面沿孪生方向位移了一定的距离,且每一层原子相对于孪生面的切变量跟它与定的距离,且每一层原子相对于孪生面的切变量跟它与孪生面的距离成正比。孪生面的距离成正比。 (3)孪晶的
10、两部分晶体形成镜面对称的位向关系。)孪晶的两部分晶体形成镜面对称的位向关系。 LOGO 孪生与滑移有如下差别:孪生与滑移有如下差别:(1)孪生使一部分晶体发生了均匀切变,而滑移只集中在一些滑移孪生使一部分晶体发生了均匀切变,而滑移只集中在一些滑移面上进行。面上进行。(2)孪生后晶体的变形部分的位向发生了改变,滑移后晶体各部分孪生后晶体的变形部分的位向发生了改变,滑移后晶体各部分位向均未改变。位向均未改变。(3)与滑移系类似,孪生要素也与晶体结构有关,但同一结构的孪与滑移系类似,孪生要素也与晶体结构有关,但同一结构的孪晶面、孪生方向与滑移、滑移方向可以不同。晶面、孪生方向与滑移、滑移方向可以不同
11、。(4)孪生对塑变的直接贡献比滑移小很多,孪生本身提供的变形量孪生对塑变的直接贡献比滑移小很多,孪生本身提供的变形量很小,但能改变滑移面方向使新滑移系开动。很小,但能改变滑移面方向使新滑移系开动。LOGO4.1.1.4 多晶体金属材料的塑性变形多晶体金属材料的塑性变形(1)各晶粒变形的不同时性和不均匀性。)各晶粒变形的不同时性和不均匀性。(2)各晶粒变形的互相协调性。)各晶粒变形的互相协调性。多晶体材料的塑性变形多晶体材料的塑性变形LOGOv多晶体晶界对变形的阻碍作用:多晶体晶界对变形的阻碍作用:(1 1)晶界的特点:原子排列不规则;分布有大量)晶界的特点:原子排列不规则;分布有大量 缺陷。缺
12、陷。(2 2)晶界对变形的影响)晶界对变形的影响: :滑移、孪生多终止于晶滑移、孪生多终止于晶界界, ,极少穿过。极少穿过。LOGO4.1.2 陶瓷材料的塑性变形陶瓷材料的塑性变形v 陶瓷材料一般呈多晶状态。陶瓷材料一般呈多晶状态。v 陶瓷材料中还存在气孔、微裂纹、玻璃相等。陶瓷材料中还存在气孔、微裂纹、玻璃相等。v 陶瓷材料中的位错不易向周围晶体传播,所以陶瓷材料中的位错不易向周围晶体传播,所以 陶瓷很难进行塑性变形;更易在晶界处积累而陶瓷很难进行塑性变形;更易在晶界处积累而 产生应力集中,形成裂纹引起断裂。产生应力集中,形成裂纹引起断裂。LOGO4.1.3 非晶态材料的塑性变形非晶态材料的
13、塑性变形v非晶态玻璃材料,不存在晶体中的滑移和孪生的非晶态玻璃材料,不存在晶体中的滑移和孪生的变形,它们的永久变形是通过分子位置的变形,它们的永久变形是通过分子位置的热激活热激活交换交换来进行的,属于粘性流动变形机制,塑性变来进行的,属于粘性流动变形机制,塑性变形需要在一定的温度下进行,故普通无机玻璃在形需要在一定的温度下进行,故普通无机玻璃在室温下没有塑性。室温下没有塑性。LOGO4.1.4 高分子材料的塑性变形高分子材料的塑性变形v结晶态高分子塑性变形是由薄晶转变为沿应力方向排列结晶态高分子塑性变形是由薄晶转变为沿应力方向排列的微纤维束并伸展的过程。的微纤维束并伸展的过程。LOGO 在正应
14、力作用下形成银纹(非晶态高分子材料塑在正应力作用下形成银纹(非晶态高分子材料塑 性变形的主要变形机理)性变形的主要变形机理) 在切应力作用下无取向分子链局部转变为排列的在切应力作用下无取向分子链局部转变为排列的 纤维束。纤维束。4.1.1.1非结晶态高分子的塑性变形有两种方式非结晶态高分子的塑性变形有两种方式LOGO4.2 屈服现象与屈服强度屈服现象与屈服强度4.2.1 屈服现象屈服现象LOGO4.2.1.1 屈服现象的描述屈服现象的描述 v拉伸过程中,外力不增加试样仍然继续增长;拉伸过程中,外力不增加试样仍然继续增长; 或外力增加到一定数值时突然下降,随后,在外或外力增加到一定数值时突然下降
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