固体材料的变形与断裂.ppt

第六章  固体材料的变形与断裂
本章主要研究塑性变形与断裂。
为何研究塑变?
     。
         强度:材料抵抗外力而不产生塑性变形及断裂的能力。
         塑性:材料产生永久变形的能力。
     —— 塑性变形
     、性能变化、导致加工硬化。
     ,可以为强化材料提供依据。
第六章  固体材料的变形与断裂
金属材料的变形特性
应力——应变曲线
——应变曲线
——真应变曲线
第六章  固体材料的变形与断裂
金属材料的变形特性
应力——应变曲线


当σ≥σs时,外力卸除,变形不能恢复。——永久变形。
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     (1)概念:在切应力下,晶体的一部分相对于另一部分沿某些晶面和晶向发生相对滑动。——是位错运动的结果。
     (2)滑移带:
      抛光晶体,塑性变形后,表面可见滑移带
1个滑移带由数条滑移线组成,滑移线之间产生滑移台阶。
说明:
        ①滑移由位错运动结果,一个位错滑移到表面形成一个原子大小台阶,大量位错滑移产生上千个原子台阶。
②滑移线即为滑移面,晶体中某些特定晶面。
       ③塑性变形不均匀
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根据派-纳力:晶格滑移最小阻力
滑移沿晶体的密排晶面和密排晶向上进行。
   ∵  密排晶面面间距最大(a↑),面之间结合力弱。
       密排晶向原子间距最小(b↓)
滑移面→密排面。
滑移方向→密排晶向。
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滑移系:一个滑移面与该面上的一个滑移方向构成一个滑移系。
金属的滑移系越多,其塑性越好,δ↑φ↑
∵参与滑移的晶面、晶向多
讨论三种常见晶格的滑移面、滑移方向、滑移系。
(1)体心立方晶格(bcc)
滑移面:{110}  共六个
滑移方向:<111>  每个面上有2个
滑移系:6*2=12个
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讨论三种常见晶格的滑移面、滑移方向、滑移系。
(2)面心立方晶格(fcc)
滑移面:{111}  共4个面
滑移方向:<110>  每个面上3个方向
滑移系:4*3=12
(3)密排六方晶格(hcp)
滑移面:{0001}  1个
滑移方向:<1120>  3个
滑移系:1*3=3个
fcc、bcc金属塑性好,hcp金属塑性差。
金属的塑性变形能力:fcc>bcc>hcp
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切应力,使晶体滑移
当切应力达到某一临界值τc时,晶体滑移,
塑性变形开始,即σ→σs
τc:使滑移系开始开动的最小分切应力。
例:设有一圆棒单晶体,横截面为A0,受拉力F
Φ:外力F与滑移面法线夹角
λ:外力F与滑移方向夹角
则:外力在滑移方向的分切应力
τ=F/A/cosΦ*cosλ=F/A*cosΦ*cosλ=σ*cosΦ*cosλ
当σ=F/A=σs 时,τ达到τc(临界分切应力),则晶体滑移.
所以  τc=σs*cosΦ*cosλ  即σs=τc/cosΦ*cosλ
材料一定,τc为常数,所以σs的大小取决于cosΦ*cosλ(取向因子)
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当λ=Φ=45o 时,cosΦ*cosλ(取向因子)=1/2  最大值,
而σs最小
λ=Φ=45o  ---软位向,易滑移。
当λ=90o Φ=0o 或Φ=90o λ=0o时(硬位向),
σs趋于无穷大
当外力与滑移面垂直或平行时,
此滑移面不能滑移。----单晶体各向异性。
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在滑移的同时,晶体中滑移面和滑移方向会向外力方向转动。
以密排六方晶体为例:(见图静态)(动画图)
分解的正应力构成一个力偶,使滑移面向平行于外力方向转动。
结果:
软位向会转向硬位向        几何硬化
硬位向会转向软位向      几何软化
结果:
软位向会转向硬位向        几何硬化
硬位向会转向软位向      几何软化
结