劉寶忠-第一章-1.ppt

《劉寶忠-第一章-1.ppt》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、劉寶忠河南理工大學材料學院材料物理性能11.1材料的形變形變定義:各種材料在外力作用下，發(fā)生形狀和大小的變化。2形變的類型：彈性形變，塑性形變，粘性形變材料在外力作用下都要產(chǎn)生內(nèi)力，同時發(fā)生形變。通常內(nèi)力用應力描述，形變則用應變表示。定義：應力:單位面積上所受的內(nèi)力。1.1材料的形變—應力固體中任一點的應力狀態(tài)，可用6個應力分量表示，即σxx、σyy、σzz和剪應力τxy、τyz、τzx。3應變是用來描述物體內(nèi)部各質(zhì)點之間的相對位移。一點的應變狀態(tài)由與應力分量對應的六個應變分量決定，即三個剪應變分量及三個伸長應變分量塑性材料的應力-應變曲線σp為比例極限，應力超過σp時，應力-應變關系偏離線

2、性，是產(chǎn)生屈服的開始；σe彈性極限，是材料卸載后能夠完全恢復、不產(chǎn)生殘留永久形變的最高應力值；σs為屈服應力，通常以產(chǎn)生0.2%殘留應變的應力為屈服應力；σb為抗拉強度，是最大的張應力，對應于應力-應變曲線的最高點；σk為斷裂強度，此時材料斷裂。1.1材料的形變—應力應變曲線41.1材料的形變—彈性形變1．各向同性體虎克定律材料受正應力時的虎克定律這就是虎克定律。它說明應力與應變之間為線性關系。式中,E為彈性模量(楊氏模量)，對各向同性體為一常數(shù)，E表征材料抵抗變形的能力。5泊松比μ（又橫向變形系數(shù)）泊松比就是橫向應變與縱向應變之比：這就是應力分量σx所引起的另二個應變分量廣義虎克定律：柔順

3、系數(shù)為21個。1.2塑性、蠕變與超塑—塑性塑性形變：微觀結構相鄰部分產(chǎn)生永久性位移，在外力移去后形變不能恢復的現(xiàn)象。6晶格滑移滑移：晶體的一部分相對另一部分平移滑動?；泼婧突品较虻慕M合稱為滑移系?；葡翟蕉啵苄栽胶?，但不是唯一因素？結構中最小結構單元越小，越容易發(fā)生滑移，因此在最密排面上最容易滑移滑移發(fā)生在密排方向上，因為在此方向上兩個平衡原子之間的距離最短，滑移所需能量最小1.2塑性、蠕變與超塑—塑性7晶體中滑移總是發(fā)生在主要晶面和主要晶向上，這些晶面和晶向指數(shù)較小，原子密度大，也就是柏矢量b較小，只要滑動較小距離就能使晶體結構復原，所以比較容易滑動。臨界剪切應力分量1.2塑性、蠕變

4、與超塑—塑性?滑移面面積：A/cos?；?滑移面上F方向的全應力為：?此應力在滑移方向上的分剪力為：在同樣外應力作用下，引起滑移面上剪應力大小決定cosl·cosf的大小。不同滑移面及滑移方向的剪應力都不一樣；同一滑移面上不同滑移方向，剪應力也不一樣滑移。8由于滑移面的法線N，總是和滑移方向垂直。當f角與l角處于同一平面時,λ角最小,即l+f=90°。所以cosl·cosf的最大值為0.5?？梢?，在外力F作用下，在與N、F處于同一平面內(nèi)的滑移方向上，剪應力達最大值，其他方向剪應力均較小只有當t≥t0(臨界剪應力)時，才發(fā)生滑移。在不同的滑移系統(tǒng)上的臨界剪應力是不同的。1.2塑性、蠕變與超塑—

5、塑性如果晶體只有一個滑移系統(tǒng)，則產(chǎn)生滑移的機會就很小?；葡到y(tǒng)多的話，對其中一個滑移系統(tǒng)來說，可能cosl·cosf較小，但對另一個系統(tǒng)來說，cosl·cosf可能就大，達到臨界剪應力的機會就較多。理想晶體中，原子間作用力近似正弦變化，b表示原子間的距離，d表示面間距，圖中發(fā)現(xiàn)當原子位移量u達到b/4時，引力達到最大。剪切應力客服這一最大引力，即發(fā)生永久變形，此時的剪切應力就是晶體的理論剪切強度：理論剪切強度101.2塑性、蠕變與超塑—塑性11以上是近似的推導，更精確的推導可以得到理論剪切強度為G/30~G/10實測的剪切強度比理論值要低幾個數(shù)量級12實際晶體中存在位錯缺陷。當受剪應力作用時

6、，并不是晶體內(nèi)部整體相互錯動，而是位錯在滑移面上沿滑移方向運動。使位錯運動所需要的力比使晶體兩部分整體滑移所需的力小得多。所以實際晶體的滑移是位錯運動得結果。1.2塑性、蠕變與超塑—塑性塑性形變的機理（位錯運動理論）1）在位錯處出現(xiàn)勢能空位。鄰近原子C2遷移空位上需要克服的勢壘h’比h小。2）在外力作用下，滑移面CD就有分剪應力t。此時，勢能曲線變得不對稱，C2遷移到空位要克服得勢壘為H(t)，且H(t)小于h’，t的作用使h’降低。C2原子遷移變得容易。3）H(t)叫做位錯運動激活能。與t有關,t大,H(t)；t小，H(t)大；故H(t)為t的函數(shù)。一個原子能擺脫平衡位置的幾率是由波爾茲曼

7、因子決定的。為激活能，位錯運動速度為：式中：——與原子熱振動固有頻率有關得常數(shù)，K——波爾茲曼常數(shù)為1.38×10-23J/K,T——絕對溫度.1.2塑性、蠕變與超塑—塑性塑性形變的機理（位錯運動理論）2）位錯只能在滑移面上運動，只有滑移面上的分剪應力才能使H(t)降低金屬材料h’約為0.1~0.2ev，無機材料約為1ev。所以，室溫下無機材料中位錯運動十分困難。3）溫度升高，位錯運動的速度加快由于滑移反映出