演示文稿材料科學(xué)基礎(chǔ)

演示文稿材料科學(xué)基礎(chǔ)當(dāng)前1頁，總共64頁。材料科學(xué)基礎(chǔ)ppt課件當(dāng)前2頁，總共64頁。一工程應(yīng)力應(yīng)變曲線拉伸試驗基本過程：將GB6397-86制作的標準試樣（長試樣l＝10d和短試樣l=5d）放在拉伸試驗機上緩慢拉伸，試樣在載荷P下緩慢伸長，直至斷裂。得到工程應(yīng)力－應(yīng)變曲線。第一節(jié)金屬的應(yīng)力應(yīng)變曲線當(dāng)前3頁，總共64頁。典型的應(yīng)力應(yīng)變－曲線當(dāng)前4頁，總共64頁。當(dāng)前5頁，總共64頁。二真實應(yīng)力應(yīng)變曲線真實應(yīng)力應(yīng)是瞬時載荷P與瞬時面積F之比真應(yīng)變e應(yīng)是瞬時伸長量除以瞬時長度，即當(dāng)前6頁，總共64頁。均勻塑性變形階段的真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線，稱為流變曲線：n值越大，變形時的強化效果越明顯當(dāng)前7頁，總共64頁。第二節(jié)單晶體的塑性變形常溫下塑性變形的主要方式：滑移、孿生、扭折。一滑移1滑移現(xiàn)象定義：在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分相對于另一部分沿著一定的晶面（滑移面）和晶向（滑移方向）產(chǎn)生相對位移。當(dāng)前8頁，總共64頁。特點：晶體結(jié)構(gòu)類型并未改變?；频慕M織形態(tài)：光鏡下：滑移帶（無重現(xiàn)性）電境下：滑移線。顯微組織特點：拋光后可能看不見。當(dāng)前9頁，總共64頁。當(dāng)前10頁，總共64頁。2滑移系滑移是沿著特定的晶面和晶向進行的?；泼妫芘琶妫┗品较?密排方向)滑移系：一個滑移面和其上的一個滑移方向組成一個滑移系當(dāng)前11頁，總共64頁。每一種晶格類型的金屬都具有特定的滑移系?；葡档亩嗌僭谝欢ǔ潭壬蠜Q定了金屬塑性的好壞?；葡档膫€數(shù):(滑移面?zhèn)€數(shù)）×（每個面上所具有的滑移方向的個數(shù)）當(dāng)前12頁，總共64頁。在其他條件相同時，金屬塑性的好壞不只取決于滑移系的多少，還與滑移面原子密排程度及滑移方向的數(shù)目等因素有關(guān)晶體結(jié)構(gòu)滑移面滑移方向滑移系數(shù)目常見金屬面心立方{111}×4<110>×312Cu,Al,Ni,Au

{110}×6×212Fe,W,Mo體心立方{121}×12<111>×112Fe,W

{123}×24×124Fe

{0001}×1×33Mg,Zn,Ti{1010}<1120>3Mg,Zr,Ti

{1011}

6Mg,Ti當(dāng)前13頁，總共64頁。3臨界分切應(yīng)力滑移是在切應(yīng)力作用下發(fā)生的滑移發(fā)生的力學(xué)條件：當(dāng)前14頁，總共64頁。當(dāng)外加應(yīng)力等于屈服強度時：宏觀上：晶體出現(xiàn)塑性變形。微觀上：晶體開始滑移。此時滑移方向上的分切應(yīng)力達到臨界值，稱為臨界分切應(yīng)力。τk：在滑移面上沿滑移方面開始滑移的最小分切應(yīng)力。

當(dāng)前15頁，總共64頁。m稱為取向因子，或稱施密特因子（Schmid）。m與塑性變形：m越大，越有利于滑移。tk的特點：1)臨界分切應(yīng)力的大小主要取決于金屬的本性，與外力無關(guān)。當(dāng)條件一定時，各種晶體的臨界分切應(yīng)力各有其定值2)是一個組織敏感參數(shù)。

材料的組織性能——臨界切應(yīng)力決定屈服強度)當(dāng)前16頁，總共64頁。4滑移時晶體的轉(zhuǎn)動1）位向和晶面的變化滑移過程中，滑移面和滑移方向的轉(zhuǎn)動必然導(dǎo)致取向因子的改變。2）取向因子的變化幾何硬化幾何軟化當(dāng)前17頁，總共64頁。5多滑移1）單滑移：只有一組滑移系處于最有利的取向（m最大）時，分切應(yīng)力最大，便進行單系滑移。2）多滑移：在多個（>2）滑移系上同時或交替進行的滑移。發(fā)生多滑移時會出現(xiàn)幾組交叉的滑移帶。3）交滑移交滑移：晶體在兩個或多個不同滑移面上沿同一滑移方向進行的滑移。當(dāng)前18頁，總共64頁。多滑移當(dāng)前19頁，總共64頁。交滑移當(dāng)前20頁，總共64頁。交滑移和多滑移的區(qū)別：發(fā)生多滑移時會出現(xiàn)幾組交叉的滑移帶；發(fā)生交滑移時會出現(xiàn)曲折或波紋狀的滑移帶。交滑移必須是純螺型位錯，因其滑移面不受限制?？梢酝瑫r進行共向滑移。6滑移的位錯機制當(dāng)前21頁，總共64頁。當(dāng)前22頁，總共64頁。二孿生

1孿生現(xiàn)象在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分相對于另一部分沿一定的晶面和晶向發(fā)生均勻切變并形成晶體取向的鏡面對稱關(guān)系。當(dāng)前23頁，總共64頁。變形部分與未變形部分以孿晶面為準，構(gòu)成鏡面對稱，形成孿晶。孿晶在顯微鏡下呈帶狀或透鏡狀。2孿生變形的特點1）孿生使一部分晶體發(fā)生了均勻的切變，而滑移是不均勻的，只集中在一些滑移面上進行。2）孿生后晶體變形部分與未變形部分成鏡面對稱關(guān)系，位向發(fā)生變化。當(dāng)前24頁，總共64頁。5）由于孿生變形時，局部切變可達較大數(shù)量，所以在變形試樣的拋光表面上可以看到浮凸，經(jīng)重新拋光后，雖然表面浮凸可以去掉，但因已變形區(qū)的晶體位向不同，所以在偏光下或浸蝕后仍能看到孿晶。而滑移變形后的試樣經(jīng)拋光后滑移帶消失。3）孿生比滑移的臨界分切應(yīng)力高，萌發(fā)于滑移受阻因其的局部應(yīng)力集中區(qū)。4）孿生對塑性變形的貢獻比滑移小得多。孿生改變了晶體位向當(dāng)前25頁，總共64頁。第三節(jié)多晶體的塑性變形多晶體塑性變形的基本方式也是滑移和孿生。一、晶粒取向的影響1變形過程當(dāng)前26頁，總共64頁。2晶粒之間變形的協(xié)調(diào)性（1）原因：各晶粒之間變形具有非同時性。（2）要求：各晶粒之間變形相互協(xié)調(diào)。（獨立變形會導(dǎo)致晶體分裂）（3）條件：獨立滑移系3～5個。（保證晶粒形狀的自由變化當(dāng)前27頁，總共64頁。二、晶界的影響1多晶體變形的現(xiàn)象2晶粒大小與性能的關(guān)系晶粒越細，強度越高，塑性韌性越好。當(dāng)前28頁，總共64頁。1）對強度的影響－細晶強化霍爾－配奇公式:HALL-PETCH公式ss=s0+kd-1/22）對塑性、韌性的影響當(dāng)前29頁，總共64頁。第四節(jié)合金的塑性變形提高強度的另一方法是合金化。合金塑性變形的基本方式仍是滑移和孿生，但因組織、結(jié)構(gòu)的變化，塑性變形各有特點。一、固溶體的塑性變形1固溶強化現(xiàn)象當(dāng)前30頁，總共64頁。2強化機制1)晶格畸變，阻礙位錯運動；2）柯氏氣團強化。當(dāng)前31頁，總共64頁。二、屈服和應(yīng)變時效1屈服現(xiàn)象呂德斯帶呂德斯帶擴展呂德斯帶危害：因屈服延伸區(qū)的不均勻變形（呂德斯帶）使工件表面粗糙不同。當(dāng)前32頁，總共64頁。2應(yīng)變時效原因：柯氏氣團的存在、破壞和重新形成。低碳鋼時效圖當(dāng)前33頁，總共64頁。三多相合金的塑性變形單相合金的強化：加入第二相形成多相合金。第二相可通過相變熱處理（沉淀強化，時效強化）或粉末冶金方法（彌散強化）獲得多相合金根據(jù)第二相粒子的尺寸大小分類多相合金聚合型

彌散型

第二相的尺寸與基體晶粒尺寸屬同一數(shù)量級第二相很細小，且彌散分布于基體晶粒內(nèi)當(dāng)前34頁，總共64頁。1聚合型兩相合金的變形性能按下列方法估計1）兩相都具有較好的塑性，合金的變形阻力決定于兩相的體積分數(shù)。當(dāng)前35頁，總共64頁。2）軟基體＋硬第二相合金的性能除與兩相的相對含量有關(guān)外，在很大程度上取決于脆性相的形狀和分布。第二相網(wǎng)狀分布于晶界（二次滲碳體）,易沿晶脆斷；原因：因塑性相晶粒被脆性相包圍分割，少量塑變即脆斷當(dāng)前36頁，總共64頁。兩相呈層片狀分布（珠光體）特點：變形主要集中在基體相中，位錯的移動被限制在很短的距離內(nèi)，增加了繼續(xù)變形的阻力，使其強度提高。片層間距越小，其強度越高

第二相呈顆粒狀分布（球狀滲碳體）。強度降低，塑性、韌性得到改善當(dāng)前37頁，總共64頁。二彌散型合金的塑性變形1不可變形微粒的強化作用位錯繞過第二相粒子(粒子、位錯環(huán)阻礙位錯運動)位錯克服第二粒子的阻礙作用，克服位錯環(huán)對位錯源的反向應(yīng)力。繼續(xù)變形時必須增大外應(yīng)力，從而使流變應(yīng)力迅速提高當(dāng)前38頁，總共64頁。2可變形微粒的強化作用當(dāng)?shù)诙噘丝勺冃挝⒘r，位錯將切過粒子使其與基體一起變形當(dāng)前39頁，總共64頁。第五節(jié)冷變形金屬的組織與性能一、對顯微組織的影響1形成纖維組織塑性變形量很大時，各晶粒已不能分辨而成為一片如纖維狀的條紋，稱為纖維組織

1）晶粒拉長;2）雜質(zhì)呈細帶狀或鏈狀分布。纖維組織具有明顯的各向異性，縱向的強度和塑性高于橫向。當(dāng)前40頁，總共64頁。2形成大量亞結(jié)構(gòu)當(dāng)前41頁，總共64頁。二變形織構(gòu)1變形織構(gòu)擇優(yōu)取向：塑性變形過程中晶粒的轉(zhuǎn)動，使絕大部分晶粒的某一位向與外力方向趨于一致的現(xiàn)象變形織構(gòu)：多晶體材料由塑性變形導(dǎo)致的各晶粒呈擇優(yōu)取向的組織。特征:各向異性

當(dāng)前42頁，總共64頁。2類型絲織構(gòu)：某一晶向趨于與拔絲方向平行。（拉拔時形成）板織構(gòu)：某晶面趨于平行于軋制面，某晶向趨于平行于主變形方向。（軋制時形成）當(dāng)前43頁，總共64頁。3對性能的影響不利：造成變形不均勻，制耳。有利：硅鋼片<100>織構(gòu)可減少鐵損當(dāng)前44頁，總共64頁。三、殘余應(yīng)力（約占變形功的10％）儲存能——塑性變形中還有約10%的變形功被保留于金屬內(nèi)部。1第一類殘余應(yīng)力（彈性應(yīng)變）宏觀內(nèi)應(yīng)力:由整個物體變形不均勻引起。作用：表面殘留壓應(yīng)力，可顯著提高其疲勞強度當(dāng)前45頁，總共64頁。2第二類殘余應(yīng)力微觀內(nèi)應(yīng)力:由晶粒變形不均勻引起。作用：造成顯微裂紋并導(dǎo)致工件的破壞3第三類殘余應(yīng)力：點陣畸變:由位錯、空位等引起。80-90%。作用：使金屬處于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)，是“回復(fù)和再結(jié)晶”的驅(qū)動力

當(dāng)前46頁，總共64頁。四塑性變形對性能的影響1應(yīng)變硬化（加工硬化）當(dāng)前47頁，總共64頁。2加工硬化的作用對一些不能用熱處理強化（固態(tài)下無相變）的材料重要強化手段。使塑性變形均勻，不致集中在某些局部區(qū)域而引起破裂。加工硬化還可以提高零件或構(gòu)件在使用中的安全性。加工硬化使金屬在冷加工過程中，變形抗力會不斷增加，增加動力及設(shè)備消耗。當(dāng)前48頁，總共64頁。3加工硬化曲線1）典型的單晶體加工硬化曲線Ⅰ——易滑移階段特點：斜率很小。Ⅱ——線性硬化階段。特點：斜率幾乎恒定且最大值。第Ⅲ階段：拋物線硬化階段。當(dāng)前49頁，總共64頁。當(dāng)前50頁，總共64頁。2）解釋：位錯的運動易滑移階段:應(yīng)力低，少量的軟取向滑移系開動位錯受阻礙少，易運動。流變較大。線性硬化階段：多滑移，位錯間的交互作用導(dǎo)致位錯交割，塞積等作用，阻礙位錯運動，加工硬化率高。拋物線硬化階段：應(yīng)力極高，位錯通過交滑移繞過障礙，異號位錯抵消等，降低位錯密度，加工硬化率下降。當(dāng)前51頁，總共64頁。3）不同晶格類型的單晶體加工硬化曲線面心立方晶體為典型的三階段加工硬化特征4）多晶體加工硬化曲線

因其變形中晶界的阻礙作用和晶粒之間的協(xié)調(diào)配合要求，其加工硬化曲線通常更陡，加工硬化速率更高。當(dāng)前52頁，總共64頁。當(dāng)前53頁，總共64頁。

第六節(jié)聚合物的變形聚合物的變形特點：強烈地依賴于T和t，表現(xiàn)為彈性材料和黏彈性流體性質(zhì)一、熱塑性聚合物的應(yīng)力—應(yīng)變曲線

當(dāng)前54頁，總共64頁。AYBYieldingpoint屈服點Pointofelasticlimit彈性極限點Breakingpoint斷裂點Strainsoftening

應(yīng)變軟化plasticdeformation塑性形變Strainhardening應(yīng)變硬化非晶態(tài)聚合物在玻璃態(tài)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線yOND當(dāng)前55頁，總共64頁。應(yīng)力-應(yīng)變曲線的類型Typesofstress-straincurve軟－硬：模量強－弱：屈服強度韌－脆：斷裂能當(dāng)前56頁，總共64頁。聚合物具有黏彈性，其應(yīng)力—應(yīng)變行為受溫度、應(yīng)變速率的影響很大。12345非晶聚合物不同溫度下的－曲線T當(dāng)前57頁，總共64頁。應(yīng)變速的額影響當(dāng)前58頁，總共64頁。二、冷拉當(dāng)前59頁，總共64頁。三、剪切帶與銀紋1剪切帶聚合物的屈服塑性變形是以剪切滑移的方式進行的。滑移變形可局限于某一局部區(qū)域，形成剪切帶2銀紋某些聚合物在玻璃態(tài)拉伸時，會出現(xiàn)肉眼可見的微細凹槽，類似于微小的裂紋。因其