(材料性能学)FH2.3-塑变性能指标.ppt

《材料性能学》 付华 石家庄铁道大学 第2章 材料的塑性变形 2.1. 材料的塑性变形机理 2.1.1 金属与陶瓷晶体的塑性变形机理 2.1.2 陶瓷材料的塑性变形特点 2.1.3 高分子材料的塑性变形 2.2 冷变形金属的回复与再结晶 2.2.1 塑性变形对材料性能的影响 2.2.2 冷变形金属的回复与再结晶 2.2.3 材料的热加工与冷加工 2.3 塑性变形的力学性能指标 2.3 力学性能指标 2.3.1 屈服强度 σs的工程意义： ①不允许过量塑变的设计与选材依据； 塑性变形一旦发生，位错大量增殖，位错密度ρ增加： 屈服降落平台的明显与否取决于m值，即位错运动速率对应力的敏感指数。 m值越低，位错运动速率变化所需的应力τ的变化越大，屈服现象越明显。 2. 影响σs 的因素 内在因素：化学成分、晶体结构、组织结构等； 外部因素：温度、应变速率等。 派-纳力推导十分复杂，也不精确，它的一些定性结果有 ： 1)本质上，位错宽度ω越小，τP-N越大，位错难以滑移，屈服强度越高。 2)位错宽度ω主要决定于结合键和晶体结构。 3)派-纳力公式第一次定量地由位错的存在，推算晶体的切变强度。 推算：τP-N＝3.6×10-4G，比刚性模型计算的理论值（约G/30）小得多，接近实验值。 晶粒大小对室温机械性能的影响： 细晶粒组织的高温强度反而较低。 高温下晶界在应力作用下产生粘滞性流动， 晶界相对滑动；产生“扩散蠕变”， ?细化晶粒，塑韧性提高！√： (6) 温度 bcc金属的σs随T↓而急剧增高； bcc金属τp-N大，而τp-N属短程力，对温度很敏感。 fcc金属的σs随T↓变化不大。 (7)应变速率与应力状态 影响明显： 静拉伸10-3/S,　 冷轧、拉拔103/S →→σs↑ 切应力有利于塑变，σs↓。 小结：力学性能指标 3.影响n的因素：层错能 4．加工硬化的实际意义 力学性能指标 小结： 强度指标的意义。 σs σb 加工硬化n 1. 陶瓷材料的强度 （一）陶瓷材料的强度特点 2．陶瓷材料的抗压强度比抗拉强度大得多， 其差别的程度大大超过金属。 抗压强度是工程陶瓷材料的一个常测指标。 （二）影响陶瓷材料强度的因素 1．显微结构 晶相：晶粒尺寸、形貌和取向 透明氧化铝瓷（烧结白刚玉）， 99.5%以上Al2O3 真空下烧结。 Al2O3纯度很高，气孔极少。 电熔刚玉的显微组织 耐火材料 锰锌铁氧体的显微组织 白色块状晶相： (MnZn)Fe2O4； 条状析出相：Fe2O3； 暗黑色组织：玻璃相； 圆形：气孔； 过烧-------性能劣化。 钛酸钡 的显微组织 广泛应用的压电陶瓷。 优良的介电性能和电光性能等。 (1) 晶粒尺寸 晶粒尺寸越小，陶瓷材料室温强度越高。 (细晶强化） (2)气孔 有气孔时陶瓷材料的强度； (3)晶界相 晶界相：若能阻止裂纹扩展并松弛裂纹尖端 应力场，可提高强度和塑性。 2．试样尺寸 尺寸效应 通常在800℃以下，温度对陶瓷材料强度影响不大。陶瓷材料耐高温性能较好。 高分子材料的塑性变形 玻璃态高聚物（Tb~Tg）和结晶性聚合物（Tb~Tm） 典型的拉伸应力-应变曲线及试样形状的变化 高分子材料的塑性变形 聚合物的屈服应变可达20%左右（金属1%） 。 高分子材料的塑性变形 高分子材料的塑性变形 高分子材料的塑性变形 屈服机理比较复杂，因状态不同而异。 应力-应变曲线依赖于时间和温度。 屈服点是很难给出确切定义： 通过高温退火可使永久变形恢复，不同于金属。 聚合物的五种应力－应变曲线： 硬而脆；硬而强；强而韧；软而韧；软而弱。 “软”和“硬”：模量的低或高； “弱”和“强”：强度的大小； “脆”-----无屈服现象而且断裂伸长很小； “韧”-----断裂伸长和断裂应力都较高。 硬而脆：聚苯乙烯（PS）、聚甲基丙烯酸甲酯 （PMMA）和酚醛树脂等。 超塑性： δ＞1000%~6000％，一般金属δ＜50~60%。 小结：力学性能指标 谢谢！ Al的层错能高→→ 不易形成扩展层错，d小 →→易交滑移 →→n小。 层错能低（Ag\Au\Cu,不锈钢， α黄铜等）→→易出现层错 →→扩展位错d宽， →→交滑移难发生→→ 位错应力集中高， 滑移带平直→→n大。 2.3.1 屈服强度 n大，强化效果突出 。 不能热处理强化的材料： 奥氏体不锈钢、 有色金属等， 更重要。 n大，冲压性好（深冲压），应变均匀能力大。 保证变形均匀； 防止突然过载断裂；