材料科学基础-材料的强韧化

1.强化金属材料的各种手段,考虑的出发点在于制造无缺陷的晶体或者制造位错运动的障碍

4.常见公式和相关计算题 公式一:霍尔-佩奇

d

21-0

s

k +=σ

σ

公式二:培莱-赫许公式ρ

τ

τ210

aGb +=

题一:若平均晶粒直径为1mm 和0.04mm 的纯铁的屈服强度分别为100mpa 和250mpa,则平均晶粒直径为0,01mm 的纯铁的屈服强度为多少? 答:根据材料的屈服强度与晶粒尺寸的霍尔佩琪公式:

d

21-

s

k +=σ

σ

有:

)(122

11

2

12

21121

1

s σσσσs s s d d

d d ---+=-

---

所以:MPA 5.337)100250(1

110004

.001

.02

121s

=---+=-

-

σ

题二:晶体滑移面上有一位错环,外力场在其柏士矢量方向的切应力为G 10

4

-=

τ,柏士矢量

m 55.2b 1010

-⨯=此位错环在晶体中能扩张的半径为多大?

答:单位长度位错受力为:

GN/m 55.255.2G b F 10101014

-10-4-⨯=⨯⨯==τ

曲率半径为R 的位错因线张力而施加于单位长度位错线的力R

2G

F b 2

≈,当此力和外加应力

场对位错的力相等所对应的R 就是此位错环在晶体中能扩张的半径,所以:

m GN /55.22R G 10b 14

2

-⨯=,即m 275.1R 106

-⨯=

5.合金强化包括固溶强化和沉淀相颗粒强化

6.陶瓷材料韧化机制为相变增韧和微裂纹增韧

7.位错在金属晶体中收到这些阻力:

8.复合材料的增韧机制有:

9.高温时细晶材料比粗晶材料软,与常温时的细晶强化作用相反.高温时可利用定向凝固来增大颗粒,而通过机械震动,添加不溶杂质,增加过冷度来细化晶粒

10.细晶强化能增大材料的韧性的原因是:晶粒越细,单位体积内晶粒越多,形变时同样的形变量分散到更多的晶粒中,产生均匀形变而不会产生应力集中,引起裂纹的过早产生和发展 11.弹性模量大一般强度和脆性大,弹性模量小不意味着不易变形,例如橡皮筋弹性模量较小但是变形大,因为机制不同

12.加工硬化应力-应变曲线一般有三个阶段:易滑移阶段,线性硬化阶段,抛物线硬化阶段 13.加工硬化原理类似与位错强化机制,是金属形变后的位错密度增加,起到了强化作用 14.形变后的屈服应力称为流变应力

15.替换式固溶强化作用小于填隙式固溶强化,但在高温时变得较为重要

16.可变形微粒的强化作用为切割机制,适用于第二相粒子较软并与基体共格的情形;不可变形微粒的强化作用为奥罗万机制（位错绕过机制）,适用于第二相粒子较硬并与基体界面为非共格的情形。

17.高聚物的强化方法：

（1）引入极性基 链上极性部分越多，极性越强，键间作用力越大；

（2）链段交联 随着交联程度的增加，交联键的平均距离缩短，使材料的强度增加； （3）结晶度和取向 高聚物在高压下结晶或高度拉伸结晶性高聚物，可使材料的强度增加；

（4）定向聚合

20.应力-应变曲线解析: