文档介绍：第六章目录
要点扫描 1
金属的弹性变形 1
单晶体的塑性变形 2
多晶体的塑性变形与细晶强化 8
纯金属的塑性变形与形变强化 10
合金的塑性变形与固溶强化和第二相强化 14
冷变形金属的纤维强化和变形织构 16
冷变形金属的回复与再结晶 17
热变形、蠕变和超塑性 20
断裂 22
难点释疑 25
从原子间结合力的角度了解弹性变形。 25
从分子链结构的角度分析粘弹性。 25
FCC、BCC和HCP晶体中滑移线的区别。 25
Schmid定律与取向规则的应用。 26
孪生时原子的运动特点。 27
Zn单晶任意的晶向[uvtw]方向在孪生后长度的变化情况 29
解题示范 30
习题训练 33
参考答案 38
金属与合金的形变
要点扫描
金属的弹性变形
弹性和粘弹性
所谓弹性变形就是指外力去除后能够完全恢复的那部分变形。
从对材料的力学分析中可以知道,材料受力后要发生变形,外力较小时发生弹性变形,外力较大时产生塑性变形,外力过大就会使材料发生断裂。
对于非晶体,甚至某些多晶体,在较小的应力时,可能会出现粘弹性现象。粘弹性变形即与时间有关,又具有可恢复的弹性变形,即具有弹性和粘性变形两方面的特性。
应力状态
金属的弹性变形服从虎克定律,应力与应变呈线性关系:
其中:
E、G分别为杨氏模量和剪切模量,v为泊松比。
工程上,弹性模量是材料刚度的度量。在外力相同的情况下,E越大,材料的刚度越大,发生弹性形变的形变量就越小。
弹性滞后
由于应变落后于应力,使得曲线上的加载线和卸载线不重合而形成一个闭合回路,这种现象称为弹性滞后。如图6-1所示。
图6-1 弹性滞后
粘弹性
在受外力的情况下,材料除了弹性变形和塑性变形外,还有一种粘性流动。所谓粘性流动就是指非晶态固体和液体在很小外力的作用下会发生没有确定状态的流变,且外力去除后,形变不能回复。
粘弹性同时表现出弹性和粘性两方面特征。且其中的纯粘性流动服从牛顿粘性流动定律:
其中:为应力;为粘度系数,反映流体流动的难易程度;为应变速率。
粘弹性也具有应变落后于应力的特点。
单晶体的塑性变形
滑移
在晶体两端施加一对剪切应力时,晶体中各晶面将发生相对的滑动,每一小块之间有相对位移,但不改变晶体各部分的相对取向,即不在晶体内部引起位向差。晶体在切应力的作用下,晶体的一部分沿一定的晶面(滑移面)上的一定方向(滑移方向)相对于另一部分发生滑动的这种现象就称为滑移。
滑移面和和位于该滑移面上的一个滑移方向就组成一个滑移系统。
晶体的滑移系统首先取决于晶体结构,但也和温度、合金元素有关。、BCC、CPH三类晶体来说,滑移方向都是最密排的方向,而滑移面则往往是最密排的面。
Schmid定律
晶体能否发生滑移,是由作用在滑移面上沿滑移方向的剪切应力决定的。
.
F
F
n
λ
.
b
图6-2 单晶试棒拉伸
如图6-2所示,单晶试棒的横截面积为A0。现有一大小为F的力对其进行拉伸,F和滑移面法线方向的夹角为ф,和滑移方向b的夹角为λ。则由图中可以看出,作用在滑移面上沿滑移方向的剪切应力为:
其中: 为拉伸应力;
为取向因子。
实验发现,对同种材料不同取向的单晶试棒进行拉伸,尽管不同试棒的µ值不同,但开始滑移的分切应力是一个确定值:
上式就称为Schmid定律。其中的是材料常数,与外加应力或晶体的取向无关。
参考方向和参考面的变化
单晶体在滑移时,其轴向和外表面在空间的方位一般都要发生变化:
参考方向的变化
其中为滑移前的参考方向,为滑移后的参考方向,、分别为沿滑移方向的单位向量和沿滑移面法线方向的单位向量,为切变量。
参考面的变化
其中为滑移前的参考面,为滑移后的参考面。
滑移过程中晶体的转动
因为试验机夹头对样品的约束,样品的轴向必须保持在一条直线上,所以样品在发生滑移的同时,要发生转动。
转动规律如下:
拉伸时轴向要求不能变,滑移方向朝拉伸轴方向转动;
压缩时端面不能变,滑移面朝压缩面(端面)转动。
实验表明,滑移过程中晶体的转动只是一种简单的转动(只有一个转动轴),且拉伸时转轴R应平行于F0×b,压缩时转轴R应平行于F0×n。
转动的后果有以下三点:
试样长度变化
拉伸情况下。试样长度由l变为L,则有:
其中,和分别是试样的初始轴向(即F0方向)和滑移方向及滑移面法线方向的夹角。