材料塑性變形

《材料塑性變形》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、第六章材料的塑性變形重點(diǎn)與難點(diǎn)內(nèi)容提要：材料體系的平衡相圖與非平衡狀態(tài)下的動(dòng)力學(xué)規(guī)律是材料學(xué)家分析材料時(shí)手中最主要的兩個(gè)工具。擴(kuò)散是影響材料非平衡過程最重要的動(dòng)力學(xué)因素之一。對(duì)固體中擴(kuò)散的認(rèn)識(shí)主要基于兩方面的知識(shí)：擴(kuò)散的宏觀規(guī)律；擴(kuò)散的微觀機(jī)理。由濃度差引起的擴(kuò)散可以用菲克定律描述。菲克定律的基礎(chǔ)是擴(kuò)散速率與濃度梯度成正比且擴(kuò)散與濃度梯度反向這一基本規(guī)律（菲克第一定律）；在引入質(zhì)量守恒定律后，菲克第一定律被推廣應(yīng)用于非穩(wěn)態(tài)過程（菲克第二定律）。擴(kuò)散物質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)D是描述其擴(kuò)散能力的重要參數(shù)。在發(fā)生互擴(kuò)

2、散的擴(kuò)散偶中，由于柯肯道爾效應(yīng)，菲克定律中應(yīng)采用互擴(kuò)散系數(shù)。熱力學(xué)理論分析證明，擴(kuò)散的真正驅(qū)動(dòng)力是擴(kuò)散物質(zhì)的熱力學(xué)梯度，即擴(kuò)散的真正驅(qū)動(dòng)力是擴(kuò)散物質(zhì)熱力學(xué)勢(shì)的梯度，即擴(kuò)散的方向和速率取決于擴(kuò)散物質(zhì)體系中熱力學(xué)勢(shì)梯度而不是濃度梯度。熱力學(xué)勢(shì)梯度可以由濃度、溫度化學(xué)位、應(yīng)力應(yīng)變、電位等物理量在空間上的差異造成。濃度梯度引起的擴(kuò)散只是一個(gè)最為常見的特例。擴(kuò)散是擴(kuò)散物質(zhì)質(zhì)點(diǎn)（原子、離子、分子等）由于熱運(yùn)動(dòng)引起的遷移造成的。擴(kuò)散物質(zhì)質(zhì)點(diǎn)每一次遷移的方向是隨機(jī)的。擴(kuò)散流是無數(shù)擴(kuò)散物質(zhì)質(zhì)點(diǎn)遷移的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，因此擴(kuò)散具

3、有熱激活性質(zhì)。間隙擴(kuò)散與空位擴(kuò)散是晶體中最主要的兩種擴(kuò)散機(jī)制，前者的擴(kuò)散系數(shù)及擴(kuò)散激活能都要明顯低于后者。本章以晶體中的原子擴(kuò)散為主線，根據(jù)原子熱運(yùn)動(dòng)遷移模型，給出了擴(kuò)散系數(shù)的計(jì)算公式，從而把擴(kuò)散的宏觀變化規(guī)律與擴(kuò)散的微觀機(jī)理聯(lián)系起來。以上兩方面的知識(shí)是在后面幾節(jié)分析復(fù)雜擴(kuò)散問題及各種因素影響的基礎(chǔ)?；疽螅海?）正確理解菲克定律及其物理實(shí)質(zhì)，并能夠較好地應(yīng)用菲克定律解決一些較簡(jiǎn)單的擴(kuò)散問題（2）熟悉掌握擴(kuò)散的原子模型，能夠根據(jù)這一模型分析擴(kuò)散問題及各種因素對(duì)擴(kuò)散的影響。（3）了解并掌握以下概念與術(shù)

4、語：擴(kuò)散、自擴(kuò)散、互擴(kuò)散、間隙擴(kuò)散、空位擴(kuò)散、上坡擴(kuò)散、反應(yīng)擴(kuò)散、穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散、非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散、擴(kuò)散系數(shù)、互擴(kuò)散系數(shù)、擴(kuò)散激活能、擴(kuò)散通量、原子的熱運(yùn)動(dòng)、原子遷移率、本征擴(kuò)散、非本征擴(kuò)散、晶界擴(kuò)散、表面擴(kuò)散、柯肯道爾效應(yīng)。本章主要討論材料的形變行為和微觀機(jī)制。6．1彈性變形6．1．1普彈性晶體發(fā)生彈性變形時(shí)，應(yīng)力與應(yīng)變成線性關(guān)系，去掉外力后，應(yīng)變完全消失，晶體恢復(fù)到末變形狀態(tài)。彈性變形階段應(yīng)力與應(yīng)變服從虎克定律。彈性模量是重要的物理和力學(xué)參量，表示使原子離開平衡位置的難易程度，只取決：晶體原子結(jié)合的本性，不依

5、晶粒大小以及組織變化而變．是—種組織不敏感的性質(zhì)。6．1．2滯彈性????在彈性范圍內(nèi)加載或去載，發(fā)現(xiàn)應(yīng)變不是瞬時(shí)達(dá)到其平衡值，而是通過一種馳豫過程來完成的，即隨時(shí)間的延長(zhǎng)，逐步趨于平衡值的，在應(yīng)力作用下逐漸產(chǎn)生的彈性應(yīng)變叫滯彈性應(yīng)變。???應(yīng)力—應(yīng)變曲線就成—回線，回線所包圍的面積是應(yīng)力循環(huán)一周所消耗的能量，稱為內(nèi)耗。6．2單晶體的塑性變形工程上應(yīng)用的金屬材料通常是多晶體。金屬的塑性變形主要通過滑移方式進(jìn)行，此外還有孿生與扭折。高溫變形時(shí)，還會(huì)以擴(kuò)散蠕變與晶界滑動(dòng)方式進(jìn)行。6．2．1滑移1．滑移現(xiàn)象

6、滑移帶，若用電子顯微鏡觀察，發(fā)現(xiàn)每條滑移帶均由許多聚集在一起的相互平行的滑移線所組成。滑移線實(shí)際上是晶體表面產(chǎn)生的一個(gè)個(gè)滑移臺(tái)階造成的。在晶體缺陷—章已指出，室溫下晶體塑變的主要方式是滑移．滑移是靠位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的位錯(cuò)沿滑移面滑移．當(dāng)移動(dòng)到晶體表面時(shí)，便產(chǎn)生了大小等于柏氏矢量的滑移臺(tái)階，如果該沿移面上有大量位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)到晶體表面，宏觀上，晶體的—部分相對(duì)另一部份沿滑移面發(fā)生了相對(duì)位移，這便是滑移，滑移矢量與與柏氏矢量平行。2．滑移系滑移時(shí)，滑移面應(yīng)是面間距最大的密排面，滑移方向方向是原子的最密排方向，一個(gè)

7、滑移面與其上的一個(gè)滑移方向組成一個(gè)滑移系。面心立方金屬的滑移面為｛111｝，共有四組，包含三個(gè)滑移方向，因此共有12個(gè)滑移系。密排六方金屬滑移面為（0001），滑移方向?yàn)?1120>,每組滑移面包含2個(gè)滑移方向，故也有12個(gè)滑移系。密排六方金屬滑移系少，滑移過程中，可能采取空間位向少，故塑性差。體心立方金屬得移系較多故比密排六方結(jié)構(gòu)金屬塑性好。但其滑移面原子密排程度不如面心立方，滑移方向的數(shù)目也少于面心立方，故體心立方金屬不如面心立方金屬塑性好3．滑移的臨界分切應(yīng)力4．滑移時(shí)的晶體轉(zhuǎn)動(dòng)晶體發(fā)生塑性變形

8、時(shí)，往往伴隨取向的改變，當(dāng)晶體在拉應(yīng)力作用下產(chǎn)生滑移時(shí)．若夾頭不受限制，欲使滑移面的滑移方向保持不變，拉力軸取向必須不斷變化。實(shí)際上夾頭固定不動(dòng)，即拉力軸方向不變，此時(shí)晶體必須不斷發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)果，使滑移面法線與外力軸夾角增大．使外力與滑移方向夾角變小。5．多滑移與交滑移(1)多滑移對(duì)于有多組滑移系的晶體．當(dāng)其與外力軸取向不同時(shí)，處于軟位向的一組滑移系首先開動(dòng)．這便是單滑移。若兩組或幾組滑移系處在同等有利的位向，在滑移時(shí)，各滑移系同時(shí)開動(dòng)，或由于滑移過