文档介绍：第六章材料的塑性变形
重点与难点
内容提要:
材料体系的平衡相图与非平衡状态下的动力学规律是材料学家分析材料时手中最主要的两个工具。扩散是影响材料非平衡过程最重要的动力学因素之一。对固体中扩散的认识主要基于两方面的知识:
扩散的宏观规律;扩散的微观机理。
由浓度差引起的扩散可以用菲克定律描述。菲克定律的基础是扩散速率与浓度梯度成正比且扩散与浓度梯度反向这一基本规律(菲克第一定律);在引入质量守恒定律后,菲克第一定律被推广应用于非稳态过程(菲克第二定律)。扩散物质的扩散系数D是描述其扩散能力的重要参数。在发生互扩散的扩散偶中,由于柯肯道尔效应,菲克定律中应采用互扩散系数。
热力学理论分析证明,扩散的真正驱动力是扩散物质的热力学梯度,即扩散的真正驱动力是扩散物质热力学势的梯度,即扩散的方向和速率取决于扩散物质体系中热力学势梯度而不是浓度梯度。热力学势梯度可以由浓度、温度化学位、应力应变、电位等物理量在空间上的差异造成。浓度梯度引起的扩散只是一个最为常见的特例。
扩散是扩散物质质点(原子、离子、分子等)由于热运动引起的迁移造成的。扩散物质质点每一次迁移的方向是随机的。扩散流是无数扩散物质质点迁移的统计结果,因此扩散具有热激活性质。间隙扩散与空位扩散是晶体中最主要的两种扩散机制,前者的扩散系数及扩散激活能都要明显低于后者。本章以晶体中的原子扩散为主线,根据原子热运动迁移模型,给出了扩散系数的计算公式,从而把扩散的宏观变化规律与扩散的微观机理联系起来。
以上两方面的知识是在后面几节分析复杂扩散问题及各种因素影响的基础。
基本要求:
(1)正确理解菲克定律及其物理实质,并能够较好地应用菲克定律解决一些较简单的扩散问题(2)熟悉掌握扩散的原子模型,能够根据这一模型分析扩散问题及各种因素对扩散的影响。
(3)了解并掌握以下概念与术语:
扩散、自扩散、互扩散、间隙扩散、空位扩散、上坡扩散、反应扩散、稳态扩散、非稳态扩散、扩散系数、互扩散系数、扩散激活能、扩散通量、原子的热运动、原子迁移率、本征扩散、非本征扩散、晶界扩散、表面扩散、柯肯道尔效应。
本章主要讨论材料的形变行为和微观机制。
晶体发生弹性变形时,应力与应变成线性关系,去掉外力后,应变完全消失,晶体恢复到末变形状态。弹性变形阶段应力与应变服从虎克定律。
弹性模量是重要的物理和力学参量,表示使原子离开平衡位置的难易程度,只取决:晶体原子结合的本性,—种组织不敏感的性质。
    在弹性范围内加载或去载,发现应变不是瞬时达到其平衡值,而是通过一种驰豫过程来完成的,即随时间的延长,逐步趋于平衡值的,在应力作用下逐渐产生的弹性应变叫滞弹性应变。
   应力—应变曲线就成—回线,回线所包围的面积是应力循环一周所消耗的能量,称为内耗。
工程上应用的金属材料通常是多晶体。
金属的塑性变形主要通过滑移方式进行,此外还有孪生与扭折。高温变形时,还会以扩散蠕变与晶界滑动方式进行。
滑移带,若用电子显微镜观察,发现每条滑移带均由许多聚集在一起的相互平行的滑移线所组成。滑移线实际上是晶体表面产生的一个个滑移台阶造成的。
在晶体缺陷—章已指出,,便产生了大小等于柏氏矢量的滑移台阶,如果该沿移面上有大量位错运动到晶体表面,宏观上,晶体的—部分相对另一部份沿滑移面发生了相对位移,这便是滑移,滑移矢量与与柏氏矢量平行。
滑移时,滑移面应是面间距最大的密排面,滑移方向方向是原子的最密排方向,一个滑移面与其上的一个滑移方向组成一个滑移系。
面心立方金属的滑移面为{111},共有四组,包含三个滑移方向,因此共有12个滑移系。
密排六方金属滑移面为(0001),滑移方向为<1120>,每组滑移面包含2个滑移方向,故也有12个滑移系。
密排六方金属滑移系少,滑移过程中,可能采取空间位向少,故塑性差。
体心立方金属得移系较多故比密排六方结构金属塑性好。但其滑移面原子密排程度不如面心立方,滑移方向的数目也少于面心立方,故体心立方金属不如面心立方金属塑性好
晶体发生塑性变形时,往往伴随取向的改变,,欲使滑移面的滑移方向保持不变,拉力轴取向必须不断变化。实际上夹头固定不动,即拉力轴方向不变,此时晶体必须不断发生转动。转动结果,。
(1)多滑移
对于有多组滑移系