材料的變形與再結(jié)晶(已修改)
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【正文】 材料科學(xué)基礎(chǔ) Fundamentals of Materials Science 主講教師：王亞男 2022/9/7 2 第 7章 材料的變形與再結(jié)晶 Chapter 7 Deformation and recrystallization of materials 彈性變形 晶體塑性變形 回復(fù)和再結(jié)晶 金屬的熱加工 小結(jié) 思考題 2022/9/7 3 材料的變形 材料受力后要發(fā)生變形，外力較小時(shí)產(chǎn)生 彈性變形 ，外力較大時(shí)產(chǎn)生 塑性變形 ，而當(dāng)外力過(guò)大時(shí)就會(huì)發(fā)生 斷裂 。 不同材料變形時(shí)其應(yīng)力 應(yīng)變曲線和試樣形貌不同。如：普碳鋼和灰鑄鐵。 變形可分為三個(gè)階段：彈性變形、塑性變形和斷裂。 2022/9/7 4 彈性變形 1. 彈性變形特征 (1) 變形是可逆的； (2) 應(yīng)力與應(yīng)變保持單值線性函數(shù)關(guān)系 ， 服從Hooke定律： σ＝ Eε， τ＝ Gγ。 (3) 彈性變形量隨材料的不同而異。多數(shù)金屬材料的彈性變形量小，而橡膠類(lèi)高分子材料的彈性變形量大。 2022/9/7 5 工程上應(yīng)用的材料為多晶體，內(nèi)部存 在各種類(lèi)型的缺陷， 彈性變形時(shí) ，可能出 現(xiàn) 加載線與卸載線不重合 、 應(yīng)變的發(fā)展跟 不上應(yīng)力的變化 等現(xiàn)象，稱(chēng)為 彈性的不完 整性 ，包括 包 申格效應(yīng) 、 彈性后效 、 彈性 滯后 等。 2. 彈性的不完整性 2022/9/7 6 (1) 包申格效應(yīng) 材料經(jīng)預(yù)先加載產(chǎn)生少量塑性變形，然后同向加載則 σ e升高，反向加載則 σ e降低的現(xiàn)象 ,稱(chēng)為 包申格效應(yīng) 。 退火軋制黃銅在不同載荷下彈性極限的變化。 可見(jiàn)： B、 C為同向加載， σe↑ ； C、D為反向加載，σe↓ 。 2022/9/7 7 理想晶體 加載 卸載 ε σ t ε 隨時(shí)間不變 加力 去力 2022/9/7 8 這種 在彈性極限范圍內(nèi)，應(yīng)變滯后于外加應(yīng)力，并和時(shí)間有關(guān)的現(xiàn)象稱(chēng)為 彈性后效 。 實(shí)際金屬 ε σ O C a H 不加應(yīng)力也應(yīng)變 去應(yīng)力后降低 隨時(shí)間延續(xù)回到 O t ε 隨時(shí)間延續(xù)回到 O c d a b O 滯彈性應(yīng)變 ε0 εan 2022/9/7 9 (3) 彈性滯后 由于應(yīng)變落后于應(yīng)力 ， 在 σ － ε 曲線上使加載線與卸載線不重合而形成一封閉回線 ， 稱(chēng)為 彈性滯后 。 彈性滯后表明： 加載時(shí)消耗于材料的變形功大于卸載時(shí)材料恢復(fù)所釋放的變形功 ， 多余的部分被材料內(nèi)部所消耗 ， 稱(chēng)為內(nèi)耗 ， 大?。綇椥詼蟓h(huán)面積 。 實(shí)際應(yīng)用的金屬材料有的要求高內(nèi)耗，有的要求低內(nèi)耗， 如 制作鐘、樂(lè)器的材料，要求低內(nèi)耗，消振能力低，聲音好聽(tīng)；制作機(jī)座、汽輪機(jī)葉片的材料，要求高內(nèi)耗，以消除振動(dòng)。 2022/9/7 11 單晶體的塑性變形 1. 滑移 在 切應(yīng)力 作用下，晶體的一部分沿著一定晶 面（ 滑移面 ）和一定晶向（ 滑移方向 ）相對(duì)另一 部分發(fā)生 相對(duì)位移 的現(xiàn)象 。 在常溫和低溫下，單晶體的塑性變形主要通過(guò) 滑移、孿生和扭折 等方式進(jìn)行。 晶體的塑性變形 2022/9/7 12 切應(yīng)力作用下晶體滑移示意圖（微觀） τ τ 2022/9/7 13 滑移線 （ 小臺(tái)階 ） 滑移量 滑移塊 滑移帶（一組小臺(tái)階） 滑移的特點(diǎn) ： 1) 滑移后 ， 晶體的點(diǎn)陣類(lèi)型不變；2) 晶體內(nèi)部各部分位向不變； 3) 滑移量是滑移方向上原子間距的整數(shù)倍； 4) 滑移后 ， 在晶體表面出現(xiàn)一系列臺(tái)階 ， 見(jiàn)圖 。 2022/9/7 14 滑移系 一個(gè) 滑移面 和此面上的一個(gè) 滑移方向 合起來(lái)稱(chēng)為一個(gè) 滑移系 ， 可用 {hkl}uvw來(lái)表示 ， 見(jiàn)圖 。 (110) (111) BCC {110} 6 111 2 滑移系數(shù)＝ 6 2＝ 12 FCC {111} 4 110 3 滑移系數(shù)＝ 4 3＝ 12 2022/9/7 15 判斷下列晶面及晶向是否構(gòu)成滑移系？并說(shuō)明原因。 BCC中 (110)[111]、 。 FCC中 (111)[110]、 。 FCC BCC 2022/9/7 16 實(shí)驗(yàn)表明： 滑移系越多，滑移越容易，塑性越好。 BCC與 FCC的滑移系數(shù)相同，但滑移方向?qū)λ苄宰冃蔚淖饔帽然泼娲?，所?FCC的塑性比 BCC的塑性好。如 Cu的塑性比 αFe好。 可知，構(gòu)成滑移系必須滿足兩條： 1)必須是密排面和密排方向； 2)向一定在面上。 2022/9/7 17 滑移的臨界分切應(yīng)力 不是有切應(yīng)力作用就能產(chǎn)生滑移，只有在滑移面上沿滑移方向的分切應(yīng)力達(dá)到一定值時(shí)，才能發(fā)生滑移。 能引起滑移的最小分切應(yīng)力 稱(chēng)為 臨界分切應(yīng)力 ， 用 τk表示。 以單晶體拉伸為例，求 τk＝？ 面法向 滑移方向 F ф λ F A A/cosφ 計(jì)算分切應(yīng)力分析圖 設(shè)單晶體中只有一組滑移面 ,試樣橫截面積為 A,軸心拉力為 F,滑移面的法線與 F夾角為υ,滑移方向與 F的夾角為 λ,滑移面面積
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