华南师范大学材料科学与工程教程第八章 材料的变形与断裂(三).ppt

?材料科学基础??第8章材料的变形与断裂? 1第八章材料的变形与断裂(三) ?材料科学基础??第8章材料的变形与断裂? 2 七、合金的变形与强化合金在形成单相固溶体后,变形时的临界切应力都高于纯金属——即固溶强化,但固溶强化对具体合金来说,表现出的规律可能不一样。(1)无限互溶的 Cu-Ni 合金、 Ag-Au 合金,其强化随溶质浓度成抛物线关系在χ B等于约 50 %时强化有极大值(2)对多数合金,因溶解度有限,强化与溶质浓度成线性关系 1、单相合金的变形与强化?材料科学基础??第8章材料的变形与断裂? 3 (3)对于置换式的溶质原子,普遍被接受的强化理论是,溶质与溶剂原子的尺寸差别,两者原子尺寸差别越大,溶解度越小,而强化效果越大固溶强化除了考虑原子尺寸差之外,对一些合金还要考虑弹性模量的差别,当两者有模量差时,位错在溶剂原子附近和在溶质原子附近的应力是不同的。原因: 原子尺寸差别(即错配)所引起的晶格畸变,会产生一内应力场,位错在内应力场中运动受到阻力,如上图所显示的铁中加入不同合金元素所引起的强化效果与原子错配度的关系。?溶质原子的切变模量较大,对位错有斥力?反之切变模量较小时则有吸力两种情况对位错的运动都要额外作功} ?材料科学基础??第8章材料的变形与断裂? 4 从前图和右表可看出, 铜合金的屈服强度与溶质原子半径的差别大小有明显相互关系两者半径差别越大,铜合金的强化效果越显著原子尺寸小的元素如 Be 、 Si的强化效果比原子尺寸大的元素如 Sn 、 Al的强化效果大由此说明固溶强化时原子尺寸的影响十分重要?材料科学基础??第8章材料的变形与断裂? 5 (4) 对于间隙式的的溶质原子,当其固溶于体心立方如?- Fe 中,会造成不对称畸变,形成体心正方,正方度 c / a 随含碳量增加而增加原因: 因为螺型位错的应力场只有切应力,当溶质原子(如置换式溶质原子)引起的晶格畸变是对称时,则和螺型位错无交互作用,强化效果就弱而碳原子当被强制地(如急剧冷却)固溶于?- Fe 中,形成所谓马氏体时,会造成显著的晶格不对称畸变,这时碳原子不仅和刃型位错, 也和螺型位错有强烈的交互作用,因而产生很强的固溶强化效果——热处理中淬火工艺(强化) ?材料科学基础??第8章材料的变形与断裂? 6 右图为低碳钢拉伸时的应力-应变曲线?低碳钢在上屈服点开始塑性变形,达到屈服点后开始应力下降,在下屈服点发生连续变形而不需增加应力——屈服平台?在屈服平台范围内,试样的变形先从两端开始,,向中间延伸,在表面变形完成之后再扩展至心部?在预先磨光抛光的拉伸试样上,可清晰看到与外力成一定角度的变形条纹——吕德斯带?屈服平台之后产生明显的加工硬化 2、碳钢的屈服和应变时效?材料科学基础??第8章材料的变形与断裂? 7 ?吕德斯带的延伸和扩展过程。?屈服平台的长短与钢的含碳量有关——含碳量增大,平台缩短乃至消失。屈服平台: ——此乃因为碳(氮)原子和位错的交互作用形成柯氏气团以及位错增值这两个因素共同作用的结果。柯氏气团——碳原子偏聚于刃型位错的下方,碳原子有钉扎位错作用,位错要运动,只有先从气团挣脱出来,摆脱碳原子的钉扎,从而形成了上屈服点。而一旦挣脱之后位错的运动就比较容易,应力降落出现下屈服点和水平台。低碳钢拉伸变形的特点——有上下屈服点和屈服平台(即变形的不连续) ?材料科学基础??第8章材料的变形与断裂? 8 吉尔曼-约翰逊位错增值理论: 晶体开始变形之后,即引起大量的位错增值,比如通过双交滑移模型的增值方式,当位错大量增值后,在维持一定的应变速率时, 流变应力就要降低,就会造成屈服应力降落。柯氏气团还能很好地解释低碳钢的应变时效, 低碳钢经过少量的预备变形可以不出现明显的屈服点(右图曲线 2),这是卸载后立即加载的情况。但如变形后在室温下放置一较长时间或在低温经过短时间加热,再进行拉伸,则屈服点又复出现(线 3)——低碳钢的应变时效。这一过程很可能与碳(氮)原子重新扩散到位错周围形成气团有关。?材料科学基础??第8章材料的变形与断裂? 9 ?锅炉钢板在卷板成型后焊接或使用时,相当于经历一个人工或自然时效过程低碳钢板的应变时效常使钢的韧性降低, 为此,生产中常在钢中加入 W % ,使其与碳、氮原子结合,减小钢的应变时效倾向。低碳钢应变时效的实际意义: ?深冲低碳钢板时,为避免出现不连续屈服,致使表面粗糙不平或皱折,常先将钢板在深冲前进行一道光整冷扎工序, 压下量为 % ~ 2% ,如此就是预变形消除不连续屈服。?材料科学基础??第8章材料的变形与断裂? 10 3、第二相对合金变形的影响合金所含有的第二相,对位错的运动来说,可有两种情况: ?第二相可以变形,位错通过第二相时可以切过它们?第二相不能变形,位错只能绕过它们向前运动