固体材料的变形与断裂
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1、强度:固体材料在外力的抵抗产生塑性变形和断裂的特性。
常用的强度指标有屈服点和抗拉强度等。
2、屈服点:金属材料承受载荷作用。
当载荷不再增加或缓慢增加时,金属材料仍继续发生明显的塑性变形。
这种现象称为屈服。
发生屈服现象时的应力,即开始出现塑性变形时的应力,称为屈服点用σ()表示3、抗拉强度(σ):金属材料在拉伸条件下,从开始加载到发生断裂所能承受的最大应力值4、工程上所用的金属材料,不仅希望具有高的σ值,而且还希望具有一定的屈强比(σ/σ).屈强比越小,材料的塑性储备就越大,越不容易发生危险的脆性破坏,但是屈强比太小,材料的强度水平就不能充分发挥,反之,屈强比越大,材料的强度水平就越能得到充分发挥,但塑性储备越小,实际上,一般还是希望屈强比大一些。
5、塑性:金属材料在断裂发生不可逆永久变形的能力。
塑性指标:金属在外力作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。
常用的塑性指标有延伸率(δ)和断面收缩率(ψ)6、硬度:金属材料表面上不大的体积内抵抗其他更硬物体压入表面发生变形或破裂的能力。
7、冲击韧性:衡量材料韧性的一个指标,是材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力,常以标准试样的冲击吸收功A表示韧性高的材料,一般都有较高的苏醒指标,但塑性较高的材料,却不一定都有高的韧性。
8、材料的性能包括力学性能、物理性能、化学性能、和加工工艺性能等9、弹性模量(E= )、泊松比(μ=0.3)10、耐腐蚀性:金属和合金对周围介质,如大气、水汽、各种电解液侵蚀的抵抗能力11、金属和合金的加工工艺性能:在保证加工质量的前提下加工过程的难易程度12、工程上一般将金属材料分为黑色金属和有色金属两大类。
13、铬:是合金钢主加元素之一,他不仅能提高金属耐腐蚀性能,也能提高抗氧化性能。
铬能提高钢的淬透性,显著提高钢的强度、硬度、耐磨性,但它使钢的塑性和韧性降低。
14、钼:能提高钢的高温强度、硬度、细化晶粒,防止回火脆性,能抗氢腐蚀。
谈塑性变形与断裂的关系----------------------塑性变形是断裂的基础,断裂是塑性变形的最终结果。
0 引言塑性变形指的是永不可恢复的变形,其具体的机制包括位错滑移、孪生、晶界滑动、扩散性蠕变。
其中一般情况下位错滑移起主要作用,孪生多发生在低温、高应变速率时滑移系少的材料中,而晶界滑动与扩散性蠕变一般在高温下发生。
断裂指材料在应力的作用下分离两个或多个部分的现象。
如若有上文四种机制的作用,我们便可认为材料发生了塑性变形,因此,讨论塑性变形与断裂的关系就可转化为讨论各种不同断裂的机理与塑性变形机制的关系,以明确塑性变形在断裂中的作用,阐明他们之间的必然联系。
本文核心论点为:塑性变形是断裂的基础,断裂是塑性变形的必然结果。
接下来讨论以下从八个具有不同断裂机理的断裂,以阐明塑性变形与断裂的关系,论证塑性变形是断裂的基础,断裂是塑性变形的最终结果。
1延性断裂延性断裂是指在断裂过程中,塑性变形起主导作用的断裂形式,包括切离和微孔聚集型断裂。
首先来看切离断裂,单晶体在拉伸塑性变形中只有一个滑移系统开动(如hcp中只沿基面滑移的情况),试样将沿着滑移面分离,对于多晶体,多滑移系统同时动作,协调变形,试样将经过均匀变形和颈缩等阶段,变形至颈部截面积为零时断裂,形成尖锥状的断口。
切离断裂是位错无限发展的结果,位错运动贯穿切离断裂的始终,没有位错不断滑移,就不可能发生切离断裂。
由微孔的形核、长大聚合而导致的断裂叫做微孔聚集型断裂,微孔形成的机制共有三种,分别为空位扩散机制、强化相脱粘机制与强化相碎裂机制。
空位的形成是由于位错割阶的非保守运动而产生的,空位的扩散聚集成为微孔,其过程是通过位错的运动。
而强化相脱粘机制与强化相碎裂机制是由于强化相在材料中阻碍滑移,使得强化相前方位错塞积,应力集中,当应力大于强化相强度或者强化相与基体的结合强度时,就导致了强化相本身的折断或者脱离,也即在此处产生了微孔。
而微孔的长大与连接也是塑性变形的结果:微孔间的材料形成“内颈缩”并随位错运动越来越细,内颈缩断裂,使得微孔与最近微孔相连,微孔不断聚合导致裂纹扩展,最终断裂。