纳米材料力学性能.ppt

块状纳米材料是指由纳米尺寸的晶体组成的多晶体材料, 通常将尺寸小于100纳米的多晶体材料称为nanocrystalline materials, (nc) 而将晶体尺寸大于100nm,小于1m的多晶体材料成为submicrometer materials or ultrafine grained materials (ufg), 传统微米级晶粒尺寸的材料成为 coarse grained materials.
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普通多晶体材料的塑性变形是由位错在晶体的滑移系(滑移面上的滑移方向)实现的.
因此, 多晶体材料的塑性变形力学行为是由位错运动行为决定或控制的.
位错的尺度和位错的运动决定了材料的力学
因此通过限制位错运动提高强度或者通过易于位错运动改善材料的塑性
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位错运动的摩擦力(P-N 力, Peierls,Nabarro)

P-N(派纳)力表明, 位错的运动最易于发生在密排面和密排方向上, 并由此构成滑移系, 因为在此滑移系统上, .位错滑移的阻力最小.
(Mott 的解释)
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一般的位错源阻力写成:
其中, , 位错源开动的力与位错线长度成反比.
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对于一个任意位错, 更精确的表达是(, 1982) :
对于一个刃型位错, 此式可以写成( lian -Baudelet-1993)

其中是应力转换因子(从剪切应力转换成拉伸应力, 通常取2-3. Fcc-,Bcc
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当多晶体塑性变形发生在多个滑移系, 形成多滑移,产生位错交割, 形成林位错(位错网格), 其滑移所需的了可以有经典的位错密度公式表达:
其中~- . 其中的0 可以由 P-N力表示.
强度与位错密度直接相关,加工硬化的机理
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当位错源开动, 位错不断发出, 但是,由于相邻晶体的取向不同, 位错不能穿过晶界达到相邻晶粒, 只能通过在晶界处塞积,引起应力集中,丛而激发相邻晶粒的位错源开动, 形成多个晶体塑性变形. 因此, 多晶体晶界的存在, 成为位错运动的阻力. 最著名的Hall-Petch式表达了位错强化作用:
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流动应力和晶粒尺寸1/2成反比.
若不考虑固溶强化和第二相质点强化, 上述四个表达式可以基本描述多晶体金属的位错塑性力学行为. 由此还可知道, 加工硬化(通过增加位错密度,和细化晶粒强化是强化材料的主要手段.
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1, 位错密度强化(加工硬化, )
2, 细化晶粒强化
3, 固溶强化
4, 第二相质点强化
当然还有其他如: 孪晶强化, 非晶态强化, 等非位错模式强化
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