金属学与热处理教案--第八章课件.ppt

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1、王泾文2013年2月28日金属学与热处理第八章  材料的变形和断裂第一节   金属变形概述一、金属受外力后变形和断裂的一般过程：弹性变形→塑性变形→断裂。二、退火纯铜的拉伸试验与拉伸曲线1、拉伸实验：实验条件、试样。2、拉伸曲线：（1）曲线种类：工程应力—应变曲线；真实应力—应变曲线。（2）基本概念：屈服、加工硬化、颈缩（3）常见性能指标：比例极限（σp）、弹性极限（σe）、屈服极限（σs）、抗拉强度（σb）、断裂强度（σk）、延伸率（δ）、断面收缩率（ψ）。第二节金属的弹性变形一、弹性变形的主要特点1

2、、变形的可逆性；2、服从虎克定律：σ=Eε；τ=Gγ。其中：E--杨氏模量；G--切变模量；G=E/2（1+ν）。二、弹性模量的意义1、弹性模量是原子间结合力强弱的反映和度量，图8-2，E＝S0/r0。2、材料的弹性模量是一个对组织不敏感的性能指标。碳钢、铸铁和合金钢的弹性模量相差不大，一般为2000GPa，但其屈服强度却相差很大。3、弹性模量在工程上用来表示材料的刚度。弹性模量越大，表明材料在受到相同的外力作用后产生的弹性变形量越小，构件的刚度就越大。第三节滑移变形与孪晶变形1、滑移滑移是在切应力作用

3、下晶体的一部分相对于另一部分在一特定的晶面（滑移面）上沿特定的方向（滑移方向）所进行的相对滑动。晶体滑移时，滑动的晶体中所有质点的移动距离相同。2、孪生孪生是晶体在切应力作用下，沿一定的晶面（孪晶面）和晶向（孪生方向），在一个区域内发生连续顺序的切变，孪生时孪生区中质点移动的距离并不相等。滑移和孪生是金属在常温下发生塑性变形的两种主要方式，但滑移比孪生更常见。一、滑移观察将经过预先抛光的纯铝或纯铁试样，在适当的变形后，在光学显微镜下直接观察，可看到试样表面有许多平行或几组交叉的细线----滑移带；在放大

4、倍数更高的电子显微镜在观察可发现每一条滑移带中实际上由一系列相互平行的滑移线组成。二、滑移机制1、晶体滑移时未滑移部分与已滑移部分的交线即为位错线。但实际上位错并非为一条“线”，而是存在一定的宽度。2、位错宽度W的规定从位错中心向两边延伸至原子偏离原来自身平衡位置1/4b时为止的宽度，图8-5。3、晶体中位错的具体宽度W是晶体中界面能与畸变能两种能量平衡的结果。位错宽度越大则界面能越小但畸变能越大，反之则界面能越小而畸变能越大。4、位错宽度对位错的运动（滑移）产生重要影响。位错越宽则位错运动时所需克服的

5、能量势垒就小，位错越易运动，图8-5。5、理想晶体中使位错在点阵周期场中运动所需克服的阻力---派纳力τP-N（1）位错宽度越小，派纳力越大，材料就难以变形，屈服强度就越高；（2）位错宽度主要决定于结合键的本性和晶体结构。对于主要以方向性很强的共价键结合的材料，由于其键角和键长都很难改变，位错宽度很小，故派纳力很高，宏观上表现为屈服强度很高但很脆；对于金属材料，由于位错宽度较大，其派纳力一般较低。（3）位错在不同的晶面和晶向上运动时，位错宽度不同。当位错在原子密排面上沿原子密排方向运动时b最小而a最大，

6、位错宽度最低，派纳力最小，故晶体中位错的滑移一般总是在原子密排面上沿原子密排方向进行。（4）晶体结构对派纳力和材料的性能产生重要影响。对于面心立方和沿基面（0001）滑移的密排六方金属，派纳力最低；对于沿棱柱面或棱堆面滑移的密排六方金属，由于b/a较大，派纳力有所增高；对于体心立方金属，派纳力随温度下降而急剧下降，使其产生低温脆性。三、滑移面和滑移方向1、面心立方结构图8-6，存在四个密排面，每一个密排面上有三个密排方向，故位错可能的滑移系（密排面和密排方向的组合）为：4×3＝12（个）2、体心立方结构

7、存在6个密排面，每个密排面上有两个密排方向；此外，位错还可在｛112｝和｛123｝面上沿[111]方向滑移，位错可能的滑移系为：21+24×1+12×1＝48（个）虽然体心立方结构的滑移系比面心立方多，但其塑性却一般不如面心立方结构。3、密排六方结构当c/a较大（≥1.633）时，滑移面为底面（0001）面，存在三个滑移系；而当c/a较小时，滑移面则为侧面（棱柱面或棱锥面）。4、三种常见的晶体结构中，面心立方金属的塑性最好。体心立方次之，而密排六方最差。四、孪生变形图8-8，晶体在切应力作用下沿着一定的

8、晶面（挛晶面）和晶向（挛晶方向）在一个区域内发生连续顺序的切变称为挛生变形。挛生变形也是晶体中一种常见的塑性变形方式。孪生变形时，孪生变形区域中的各个晶面，其切变位移都不是原子间距的整数倍；孪生的结果使孪生部分的晶体的位向发生了改变（晶体结构并未改变），从而与未变形的晶体以孪晶界保持镜面对称。孪生变形在晶体的表面产生浮凸，虽经表面磨光，但再腐蚀后这种浮凸仍会出现；滑移在晶体表面产生滑移带，但若经表面磨光，则滑移带一般很难再次出现。？晶体越易