影響屈服強(qiáng)度的因素.ppt

1、影響屈服強(qiáng)度的因素,一、影響屈服強(qiáng)度的內(nèi)在因素,1、金屬本性及晶格類型 2、晶粒大小和亞結(jié)構(gòu) 3、溶質(zhì)元素 4、第二相,1、金屬本性及晶格類型,純金屬單晶體的屈服強(qiáng)度從理論上來說是使位錯開始運(yùn)動的臨界切應(yīng)力，其值由位錯運(yùn)動所受的各種阻力所決定。 晶格阻力即派納力 ，是在理想晶體中僅存在一個位錯運(yùn)動時所需克服的阻力。 與位錯寬度及柏氏矢量有關(guān)，兩者又都是與晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)。,位錯間交互作用產(chǎn)生的阻力有兩種類型：一種是平 行位錯間交互作用昌盛的阻力；另一種是運(yùn)動位錯與林位錯間交互作用產(chǎn)生的阻力。兩者都正比于Gb而反比于位錯間距離L，都可用下式表示 因為位錯密度與1/L2成正比，故上式又可寫為 在平行位

2、錯情況下,為主滑移面中位錯的密度；在林位錯情況下,為林位錯的密度。值與晶體本性、位錯結(jié)構(gòu)及分布有關(guān)。,2、晶粒大小和亞結(jié)構(gòu),晶粒大小的影響是晶界影響的反映，因為晶界是位錯運(yùn)動的障礙，在一個晶粒內(nèi)部，必須塞積足夠數(shù)量的位錯才能提供必要的應(yīng)力，是相鄰晶粒中的位錯源開動并產(chǎn)生宏觀可見的塑性變形。因而，減小晶粒尺寸將增加位錯運(yùn)動障礙的數(shù)目，減小晶粒內(nèi)位錯塞積群的長度使屈服強(qiáng)度提高。,許多金屬與合金的屈服強(qiáng)度與晶粒大小的關(guān)系均符合霍爾-派奇（Hall-Patch）公式，即,式中 i位錯在基體金屬中運(yùn)動的總阻力（包 括派拉力），亦稱摩擦阻力，決定于 晶體結(jié)構(gòu)和位錯密度； ky度量晶界對強(qiáng)化貢獻(xiàn)大小的釘扎常

3、數(shù) 或表示滑移帶端部的應(yīng)力集中系數(shù)； d晶粒平均直徑。 上式中的i和ky，在一定的實(shí)驗溫度和應(yīng)變速率下均為材料常數(shù)。,亞晶界的作用與晶界類似，也阻礙位錯運(yùn)動。實(shí)驗發(fā)現(xiàn)，霍爾-派奇公式也完全適用于亞晶界，但式中的ky值不同，將有亞晶的多晶材料與無亞晶的同一材料相比，其ky值低1/24/5，且d為亞晶粒的直徑。另外在亞晶界上產(chǎn)生屈服變形所需的應(yīng)力對亞晶間的取向差不是很敏感的。,亞晶界,3、溶質(zhì)元素,在純金屬中加入溶質(zhì)原子（間隙型或置換型）形成固溶合金（或多相合金中的基體相），將顯著提高屈服強(qiáng)度，此即為固溶強(qiáng)化。通常，間隙固溶體的強(qiáng)化效果大于置換固溶體（如右圖）,低碳鐵素體中固溶強(qiáng)化效果,在固溶合金

4、中，由于溶質(zhì)原子和溶劑原子直徑不同，在溶質(zhì)周圍形成了晶格畸變應(yīng)力場該應(yīng)力場相位錯應(yīng)力場產(chǎn)生交互作用，使位錯運(yùn)動受阻，從而使屈服強(qiáng)度提高。固溶強(qiáng)化的效果是镕質(zhì)原子與位錯交互作用能及溶質(zhì)濃度的函數(shù)，因而它受單相固溶合金(或多相合金中的基體相)中溶質(zhì)的量所限制。 固溶合金的屈服強(qiáng)度高于純金屬，其流變曲線也高于純金屬的。這表明，溶質(zhì)原子不僅提高了位錯在晶格中運(yùn)動的摩擦阻力而且增強(qiáng)了對位錯的釘扎作用。,4、第二相,第二相質(zhì)點(diǎn)可分為不可變形的（如剛中的碳化物與氮化物等）和變形的（如時效鋁合金中GP區(qū)的共格析出物相及粗大的碳化物等）兩大類。 這些第二相質(zhì)點(diǎn)都比較小，有的可用粉末冶金法獲得(由此產(chǎn)生的強(qiáng)化叫彌

5、散強(qiáng)化)，有的則可用固溶處理和隨后的沉淀析出獲得(由此產(chǎn)生的強(qiáng)化叫沉淀強(qiáng)化)。,a、不可變形第二相質(zhì)點(diǎn) 根據(jù)位錯理論，位錯線只能繞過不可變形的第二相質(zhì)點(diǎn)，為此，必須克服彎曲位錯的線張力。彎曲位錯的線張力與相鄰質(zhì)點(diǎn)的間距有關(guān)，故含有不可變形第二相質(zhì)點(diǎn)的金屬材料，其屈服強(qiáng)度與流變應(yīng)力就決定于第二相質(zhì)點(diǎn)之間的間距。 b、可變形第二相質(zhì)點(diǎn) 對于可變形第二相質(zhì)點(diǎn)，位錯可以切過，使之同基體一起產(chǎn)生變形，由此也能提高屈服強(qiáng)度。這是由于質(zhì)點(diǎn)與基體間品格錯排及位錯切過第二相質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生新的界面需要作功等原因造成的。,第二相的強(qiáng)化效果還與其尺寸、形狀、數(shù)量和分布以及第二相與基體的強(qiáng)度、塑性相應(yīng)變硬化待性、兩相之間的晶

6、體學(xué)配合和界面能等因素有關(guān)。,二、影響屈服強(qiáng)度的外在因素,1、溫度 2、應(yīng)變速率 3、應(yīng)力狀態(tài),1、溫度對屈服強(qiáng)度的影響,一般，升高溫度，金屬材料的屈服強(qiáng)度降低伺是，金屬晶體結(jié)構(gòu)不同，其變化趨勢并不一樣，如右圖所示。,W、Mo、Fe、Ni的屈服強(qiáng)度與溫度的關(guān)系,2、應(yīng)變速率對屈服強(qiáng)度的影響,應(yīng)變速率增大，金屬材料的強(qiáng)度增加(如右圖)。由右圖可見，屈服強(qiáng)度隨應(yīng)變速率的變化較抗拉強(qiáng)度的變化要明顯的多。,在應(yīng)變量與溫度一定時，流變應(yīng)力與應(yīng)變速率的關(guān)系為：,3、應(yīng)力狀態(tài)對屈服強(qiáng)度的影響,應(yīng)力狀態(tài)也影響屈服強(qiáng)度，切應(yīng)力分量愈大，愈有利于塑性變形，屈服強(qiáng)度則愈低，所以扭轉(zhuǎn)比拉伸的屈服強(qiáng)度低，拉伸要比彎曲的屈服強(qiáng)度低，但三向不等拉伸下的屈服強(qiáng)度量最高。要注意，不同應(yīng)力狀態(tài)下材料屈服強(qiáng)度不同，并非是材料性質(zhì)變化，而是材料在