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《《彈性與內(nèi)耗》PPT課件》由會(huì)員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。
1、第四章彈性與內(nèi)耗彈性:在外力去除后,物體恢復(fù)到形變前的形狀和尺寸的能力;表征彈性的參數(shù):彈性模量(E)取決于原子間結(jié)合力的大小,為組織不敏感參量;內(nèi)耗:材料內(nèi)在的能量損耗;是滯彈性行為的反應(yīng),結(jié)構(gòu)敏感參量,常用于研究金屬內(nèi)部的結(jié)構(gòu),溶質(zhì)原子的濃度,特別是位錯(cuò)與溶質(zhì)原子的交互作用。14.1金屬的彈性模量一、彈性模量彈性范圍內(nèi)虎克定律(Hook):σ=Eε廣義虎克定律:σ由正應(yīng)力σ11、σ22、σ33、切應(yīng)力σ12、σ13、σ23組成;ε由正應(yīng)變?chǔ)?1、ε22、ε33、切應(yīng)變?chǔ)?2ε13ε23組成2σij=Cijk
2、lεijεij=SijklσijCijkl:剛性系數(shù)Sijkl:柔性系數(shù)3二、彈性的表征彈性模量E:?jiǎn)蜗蚴芰顟B(tài),E=σii/εii,反映材料抵抗正應(yīng)變的能力切變模量G:純剪切受力狀態(tài),G=τxy/γxy,反映材料抵抗切應(yīng)變的能力泊松比μ:在單向受力狀態(tài)下,μ=-ε22/ε11體積模量K:K=-P/(ΔV/V)=E/[3(1-2μ)]4三、彈性的物理本質(zhì)原子間存在引力:斥力:原子間結(jié)合力:5模量E反映原子間結(jié)合力的大小6四、彈性模量與其它物理量的關(guān)系1、彈性模量與Debye溫度的關(guān)系德拜溫度與彈性波速成正比,彈
3、性模量值越高,其德拜溫度也越高。72、與熔點(diǎn)的關(guān)系原子間結(jié)合力越大、熔點(diǎn)越高,彈性模量越大:84.2彈性模量的影響因素1、原子結(jié)構(gòu)由于金屬的彈性與原子間的結(jié)合力有關(guān),彈性模量取決于金屬元素的價(jià)電子數(shù)和原子半徑的大小,即取決于原子結(jié)構(gòu):同一周期中的元素隨原子序數(shù)增加,價(jià)電子數(shù)增多,彈性模量增高;同一族元素,如Be、Mg、Ca、Sr、Ba等,價(jià)電子數(shù)相等,由于原子半徑隨原子序數(shù)增加而增大,彈性模量減??;9過渡族金屬有特殊規(guī)律性,具有較高的彈性模量,單晶體不同晶向原子排列不同,結(jié)合力不同,彈性模量呈各向異性,除與原子
4、結(jié)構(gòu)有關(guān)外,與點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)有關(guān),同種金屬點(diǎn)陣越致密,彈性模量越高。102、溫度溫度升高,原子熱運(yùn)動(dòng)加劇,原子間距增大(膨脹),導(dǎo)致原子間結(jié)合力減弱,導(dǎo)致彈性模量隨溫度升高而降低;無相變且T<0.5Tm,呈線性下降;0.5Tm
5、鎳,在200℃以下,隨著溫度的升高而降低,但在200℃以上E的變化反常,即隨著溫度升高,E值反而增大。當(dāng)鎳被磁化到飽和狀態(tài)時(shí),這種反?,F(xiàn)象即行消失(鐵磁性反常:磁致伸縮+力致伸縮)。13144、合金元素A:形成固溶體,溶質(zhì)原子對(duì)彈性模量的影響存在三個(gè)方面:①造成點(diǎn)陣畸變,E下降;②阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)與彎曲,使E增大;③溶質(zhì)原子與溶劑原子間結(jié)合力大于溶劑間原子結(jié)合力,E增大,反之E減小;兩種金屬形成無限固溶體時(shí)(價(jià)電子數(shù)與原子半徑相近):彈性模量與溶質(zhì)濃度間呈線性關(guān)系,若其中一組元為過渡族金屬時(shí),則呈凸形曲線變化,這與
6、過渡族元素未填滿的內(nèi)電子層影響原子間的結(jié)合力有關(guān);1516形成有限固溶體時(shí),E與溶質(zhì)原子濃度(在最大固溶度范圍內(nèi))呈線性關(guān)系,變化程度取決于電子濃度、組元間的原子半徑差;總體上:當(dāng)彈性模量(熔點(diǎn))比溶劑金屬低的組元加入時(shí),使固溶體E下降;反之則增加;合金的有序化或生成不均勻固溶體時(shí),由于原子間結(jié)合力增強(qiáng),從而使E值增大。17合金元素18B:化合物、中間相與多相合金形成化合物相熔點(diǎn)越高,組織穩(wěn)定性越高,則彈性模量越大;E為組織不敏感參量,與單相合金的晶粒大小、形狀、相彌散程度、分布無關(guān),與組成相各相的體積分?jǐn)?shù)呈直
7、線關(guān)系195、晶體結(jié)構(gòu)(晶體對(duì)稱性與缺陷)晶體對(duì)稱性:?jiǎn)尉w由于各晶向原子排列致密度不同,導(dǎo)致各向異性;大變形:通過大變形形成織構(gòu)(擇優(yōu)取向),導(dǎo)致各向異性,沿著拉拔方向的彈性模量將增大;再結(jié)晶織構(gòu):淬火使碳鋼E下降,可能與碳的溶入減弱了鐵原子間的結(jié)合力有關(guān)。20214.3鐵磁性反常鐵磁性反常(△E效應(yīng)):未磁化的鐵磁材料,在居里點(diǎn)以下的彈性模量比磁化飽和狀態(tài)的彈性模量低;(明顯偏離線性關(guān)系)原因:未經(jīng)磁化的鐵磁材料,在應(yīng)力作用下發(fā)生彈性變形外,同時(shí)引起磁疇的磁矩轉(zhuǎn)動(dòng),產(chǎn)生相應(yīng)的附加伸長(zhǎng);拉伸時(shí),具有正磁致伸縮
8、的材料,其磁疇矢量趨向于轉(zhuǎn)向平行于拉伸方向拉伸時(shí),具有負(fù)磁致伸縮的材料,其磁疇矢量趨向于轉(zhuǎn)向垂直于拉伸方向力致伸縮:由于力的作用引起鐵磁體偏離HOOK定律出現(xiàn)附加形變的現(xiàn)象未經(jīng)磁化的鐵磁材料模量:磁化飽和后,磁矩不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng),無附加伸長(zhǎng):差值:22234.4彈性模量的測(cè)試方法靜態(tài)法:加載頻率低,測(cè)出應(yīng)力應(yīng)變曲線,根據(jù)虎克定律以彈性形變區(qū)的線性關(guān)系計(jì)算E;誤差較大,受載荷大小、加載速度的影