【正文】 在 Z軸方向受拉，碳、氮原子由 x、 y位置向 z位置跳動(dòng) —— 應(yīng)力感生有序 跳動(dòng)耗時(shí)，若應(yīng)變跟不上應(yīng)力改變速度，則出現(xiàn)滯彈性 晶體未受力時(shí)，碳、氮等間隙溶質(zhì)原子在鐵中隨機(jī)分布。 交變應(yīng)力，間隙原子就在 x、 y位置和 z位置之間來回跳動(dòng)，應(yīng)變落后于應(yīng)力，導(dǎo)致能量的消耗。 1. 通過測量內(nèi)耗研究材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 。 例如溶質(zhì)原子的分布 ， 可推測溶質(zhì)原子的擴(kuò)散行為 、偏析行為等 ， 在這方面已經(jīng)有擴(kuò)散系數(shù)測定 、固溶體時(shí)效 、 氫脆 、 稀土元素在位錯(cuò) 、 晶界的偏析 、 鋁合金的疲勞機(jī)制研究等成功的例子 。 2. 研制高阻尼材料 —— 有害的振動(dòng)和噪聲使部件壽命降低，甚至由于共振導(dǎo)致部件斷裂。 例如飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、艦船用螺旋槳、橋梁用金屬材料都需要高阻尼材料 用 1Cr13鋼制造汽輪機(jī)葉片，除考慮耐高溫、力學(xué)性質(zhì)外，也因其有良好的減振性能。 內(nèi)耗的應(yīng)用 9. 2. 2 晶體的塑性變形 (Plastic deformation of crystals) 材料的塑性 (Plasticity)：材料在外應(yīng)力去除后仍保持部分應(yīng)變的特性 。 常用延展性 (Ductility)來描述，指材料發(fā)生塑性變形而不斷裂的能力。 材料抵抗塑性變形能力強(qiáng) —— 維持構(gòu)件的形狀和尺寸 —— 希望屈服強(qiáng)度高 希望屈服后可以發(fā)生大量的塑性變形也不斷裂 —— 保證構(gòu)件的安全性 通過塑性變形對(duì)金屬材料成形加工（如軋制、拉拔、壓力加工） —— 需要材料有良好的塑性 塑性的意義 晶體的塑性變形通過位錯(cuò)滑移 —— 增加位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力的因素均可提高屈服強(qiáng)度 。 1 晶體塑性變形的阻力 點(diǎn)陣阻力 ( 派－納 ， PeierlsNabarro, PN)力 a 1 2 b 位錯(cuò)從 1位置到 2位置 ，中間位置能量高 ， 需克服一個(gè)勢壘 ????????????????bW νGb νa νGτ π2e x p12)1(π2e x p12NPa：滑移面的晶面間距； b：滑移方向上的原子間距； G：切彈性模量； ?：泊桑比。 νaW1?稱為位錯(cuò)寬度，表示位錯(cuò)導(dǎo)致的點(diǎn)陣嚴(yán)重畸變區(qū)的范圍 。 W大則位錯(cuò)周圍的原子比較接近平衡位置，點(diǎn)陣的彈性畸變能低，故位錯(cuò)移動(dòng)時(shí)其他原子所作相應(yīng)移動(dòng)的距離較小，產(chǎn)生的阻力亦小。 金屬的位錯(cuò)寬度大 ， 使其屈服應(yīng)力低； 由離子晶體構(gòu)成的陶瓷位錯(cuò)寬度小 ， 點(diǎn)陣阻力大 ，常常未屈服就已斷裂 ， 表現(xiàn)出脆性特征 。 滑移面晶面間距 a越大 ， 滑移方向的原子間距 b越小 ， 位錯(cuò)滑移的阻力越小 。 —— 位錯(cuò)最容易在最密排晶面和最密排方向上發(fā)生滑移 —— 滑移要沿著特定的晶面和特定的方向進(jìn)行，將其稱為滑移面和滑移方向。 將一個(gè)滑移面和其上的一個(gè)滑移方向稱為一個(gè)滑移系（統(tǒng)）。 晶體的滑移系統(tǒng)多則塑性好。 —— 面心立方和體心立方金屬分別有 12個(gè)和 48個(gè)滑移系統(tǒng)，所以有較好的塑性；而密排六方金屬只有 3個(gè)滑移系統(tǒng)，故一般塑性較差。 溶質(zhì)原子阻力 溶質(zhì)原子與位錯(cuò)交互作用可降低體系的總能量 ，位錯(cuò)滑移離開溶質(zhì)原子時(shí)引起體系總能量升高 ，形成對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力 。 位錯(cuò)滑移的弦模型：切應(yīng)力較小時(shí)位錯(cuò)彎曲但不離開溶質(zhì)原子 ，當(dāng)彎曲引起的能量升高大于離開溶質(zhì)原子引起的能量升高時(shí) ，位錯(cuò)離開溶質(zhì)原子而伸直 ， 好像弓弦彈回 。 溶質(zhì)原子“釘扎”位錯(cuò)，導(dǎo)致屈服現(xiàn)象 —— 位錯(cuò)需要較大的應(yīng)力才可以脫離溶質(zhì)原子的釘扎開始運(yùn)動(dòng) —— 上屈服點(diǎn)； 脫離釘扎后位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力減小 —— 下屈服點(diǎn)。 屈服后材料發(fā)生加工硬化 —— 隨著塑性變形量的增大應(yīng)力要持續(xù)增大。 位錯(cuò)阻力 ， 加工硬化 主要原因：隨著塑性變形量的增大位錯(cuò)的數(shù)量增多，稱為位錯(cuò)的增殖。 位錯(cuò)增殖使位錯(cuò)之間的交割更多，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力增大，因此只有繼續(xù)增大外應(yīng)力才能維持塑性變形，即加工硬化。 弗蘭克－瑞德位錯(cuò)源使位錯(cuò)增殖機(jī)制 2%變形的冷軋不銹鋼中的高密度位錯(cuò) ?s為屈服強(qiáng)度， d為晶粒直徑， ?0和 K為常數(shù)。 晶界阻力 ， 位錯(cuò)塞積 不同晶粒滑移面取向不同 ， 位錯(cuò)不能越過晶界 。位錯(cuò)在晶界塞積 塞積位錯(cuò)的應(yīng)力場引起相鄰晶粒中的應(yīng)力集中 ，導(dǎo)致相鄰晶粒中的位錯(cuò)發(fā)生滑移 ，發(fā)生多晶體的整體塑性變形 210s??? Kd??HallPetch公式 第二相粒子阻力 繞過：奧羅萬機(jī)制 位錯(cuò)繞過或切過第二相粒子受到阻力 切過機(jī)制 NiCrAl合金中位錯(cuò)切過 Ni3Al第二相粒子 切過增大基體和第二相相界的面積，引起相界面能增大，形成對(duì)位錯(cuò)滑移的阻力。 2 金屬材料的強(qiáng)化方法 強(qiáng)化 —— 指提高金屬材料的屈服強(qiáng)度。強(qiáng)化的出發(fā)點(diǎn)是增加位錯(cuò)滑移的阻力。 固溶強(qiáng)化： 向金屬中加入合金元素形成固溶體提高其屈服強(qiáng)度的方法。 一般間隙原子的固溶強(qiáng)化效果比置換原子的強(qiáng)化效果大，例如 C、 N間隙原子明顯提高鋼的強(qiáng)度 固溶強(qiáng)化在提高屈服強(qiáng)度的同時(shí)降低塑性。 加工硬化： 通過冷塑性變形提高金屬材料屈服強(qiáng)度的方法。 塑性變形 —— 位錯(cuò)密度增高，滑移阻力增大，流變應(yīng)力增大。 塑性變形后卸載 —— 高密度位錯(cuò)仍保留 ， 再次加載時(shí)材料的屈服強(qiáng)度為上一次卸載時(shí)的流變應(yīng)力 ，比原來的屈服強(qiáng)度高 。 經(jīng)過一定量塑性變形，再加載后到斷裂的塑性變形量減小 —— 加工硬化也降低材料的塑性 ? A ? 例：鋼板冷軋成形 ，同時(shí)提高強(qiáng)度 。 例：對(duì)組織為細(xì)小珠光體的鋼絲進(jìn)行深度冷拔 —— 獲得鋼中所能得到的最高強(qiáng)度 。 細(xì)晶強(qiáng)化： 通過細(xì)化晶粒提高材料強(qiáng)度的方法。 晶粒細(xì)化不僅能夠提高強(qiáng)度，同時(shí)還可提高塑性和韌性。 孕育處理（變質(zhì)處理）：在鑄造過程中向液態(tài)金屬中加入細(xì)小的形核劑（孕育劑，變質(zhì)劑），作為非均勻形核的基底，細(xì)化凝固后的晶粒。 對(duì)固態(tài)金屬，則可以通過熱處理引起相變重新結(jié)晶的方法細(xì)化晶粒。 —— 超細(xì)化 —— 納米化。 第二相強(qiáng)化： 通過在材料中形成第二相提高強(qiáng)度 彌散強(qiáng)化：通過粉末冶金的方法加入大量的第二相顆粒提高強(qiáng)度 —— 不容易得到細(xì)小且均勻的第二相 。 固溶處理＋時(shí)效：析出細(xì)小彌散的第二相 ——析出強(qiáng)化效果好 。 加熱后直接緩慢冷卻：析出粗大的第二相 析出強(qiáng)化（沉淀強(qiáng)化）： 通過熱處理使第二相從過飽和固溶體中析出提高強(qiáng)度的方法。 相變強(qiáng)化 馬氏體相變：強(qiáng)度大幅度提高。 淬火＋回火處理 奧氏體 —— 馬氏體（ C在 ?Fe中的過飽和固溶體） 多種強(qiáng)化機(jī)制同時(shí)起作用。 形成過飽和固溶體 —— 固溶強(qiáng)化 形成大量缺陷（孿晶、位錯(cuò)） —— 缺陷強(qiáng)化 時(shí)效強(qiáng)化 —— 碳偏聚，相當(dāng)于第二相。 9. 2. 3 晶體的蠕變 (Creep of crystals) 蠕變 (Creep)指在低于屈服強(qiáng)度的恒定應(yīng)力下材料的塑性應(yīng)變隨時(shí)間延長而增大的現(xiàn)象 。 三個(gè)階段：瞬態(tài)蠕變，穩(wěn)態(tài)蠕變，加速蠕變 常溫 —— 加工硬化，應(yīng)力和應(yīng)變一一對(duì)應(yīng)。 蠕變 (高溫， ～ ): 無硬化，恒定應(yīng)力持續(xù)變形至斷裂。 同因現(xiàn)象：應(yīng)力松弛 —— 高溫下應(yīng)變恒定時(shí)材料所受的應(yīng)力隨時(shí)間延長而降低的現(xiàn)象。 蠕變機(jī)制 1. 位錯(cuò)蠕變 —— 較高的應(yīng)力和較高的溫度下，位錯(cuò)可發(fā)生攀移和交滑移，且空位可沿位錯(cuò)定向擴(kuò)散，形成較大的應(yīng)變速率。 2. 擴(kuò)散 (NabarroHerring)蠕變 —— 應(yīng)力作用下沿晶粒不同方向上的空位平衡濃度不同，導(dǎo)致空位通過晶粒內(nèi)部向垂直于拉應(yīng)力的方向擴(kuò)散，形成沿拉應(yīng)力方向的總變形。當(dāng)應(yīng)力較低，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)困難，而溫度較高，擴(kuò)散較易進(jìn)行時(shí)這種蠕變?nèi)菀装l(fā)生。 3. 晶界 (Coble)蠕變 —— 溫度和應(yīng)力都較低，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)困難，晶內(nèi)擴(kuò)散也不容易進(jìn)行，但空位還可沿晶界擴(kuò)散。 晶粒直徑為1mm的純鎳的塑性變形機(jī)制 超塑性 (Superplasticity)：某些材料在特殊條件下可獲得極大塑性變形的現(xiàn)象。 超塑性 高溫下：可不發(fā)生硬化得到持續(xù)的塑性變形 一般：鋼的延伸率 30～ 40％，鋁合金 50～ 60％ 超塑性：金屬中得到了 3000％的延伸率，陶瓷材料中也得到了超塑性。 機(jī)制 —— 不是以位錯(cuò)滑移為主，主要是晶界滑動(dòng)和晶?；剞D(zhuǎn)，伴有原子擴(kuò)散引起的物質(zhì)遷移。 發(fā)生條件：適當(dāng)?shù)臏囟龋?yīng)變速率，均勻細(xì)小的等軸晶，變形時(shí)保持穩(wěn)定而不發(fā)生顯著長大。 2022年，盧柯等 —— 晶粒尺寸為納米級(jí)的金屬在室溫下也有超塑性 —— 納米晶中有大量的晶界。 9. 2. 4 材料的粘性流動(dòng)和粘彈性 (Viscose flow and Viscoelasticity of materials) 1. 粘性形變 (Viscous deformation) 與液體類似，理想的粘性流動(dòng)遵從牛頓定律： xvt dddd ???? ??其中 ?為剪切應(yīng)力， ?為應(yīng)變， t為時(shí)間， v為流速，x為距離