金属和陶瓷的力学性能

不同晶体结构中不同晶面、不同晶向上原子 排列方式和排列密度不一样。
在体心立方晶格中，原子密度最大的晶面为 {110}, 称为密排面;
原子密度最大的晶向为<111>, 称为密排 方向。
在面心立方晶格中, 密排面为{111}, 密排 方向为<110>。
一个滑移面和其上的一个滑移方向构成一个滑移 系。(以下以体心立方晶格为例)
若只研究该原子列的原子排列情况, 则晶向 [110]与[ ]可用一指数[110]表示。
原子排列情况相同而在空间位向不同(即不 平行)的晶向统称为晶向族, 用尖括号表示, 即<uvw>。如:
<100> = [100] + [010] + [001]
在立方晶系中, 一个晶面指数与一个晶向指 数数值和符号相同时, 则该晶面与该晶向互 相垂直, 如(111) [111]。
拉伸试验可获得的力 学性能指标：
1、弹性模量： 2、规定非比例伸
长应力：
是金属材料有明显 塑性变形时的强度
3、抗拉强度： 4、断后伸长率： 5、截面收缩率：
三、塑性变形材料学基础
（一）、金属单晶体的塑性变形 单晶体的塑性变形的基本方式有两种： 滑移 孪生。 金属常以滑移方式发生塑性变形。
滑移系越多，金属发生滑移的可能性越大，塑 性也越好，其中滑移方向对塑性的贡献比滑移 面更大。
因而金属的塑性，面心立方晶格好于体心立方 晶格, 体心立方晶格好于密排六方晶格。
面 心 立
密 排 六 方
方
⑶滑移时，晶体两部分 的相对位移量是原子间 距的整数倍.
滑移的结果在晶体表面 形成台阶，称滑移线， 若干条滑移线组成一个 滑移带。
2、孪生：
孪生是指晶体的一部分 沿一定晶面和晶向相对 于另一部分所发生的切 变。
以图中的晶面ABB’A’为例, 晶面指数的标定过程如 下：
①设定一空间坐标系（原点ຫໍສະໝຸດ Baidu欲定晶面外, 并使晶面在
三条坐标轴上有截距或无穷大。）
②以晶格常数a为长度单位, 写出欲定晶面在三条坐标 轴上的截距:1∞∞
③截距取倒数：100 ④截距的倒数化为最小整数：100 ⑤将三整数写在园括号内：(100) 晶面ABB’A’的晶面指数即为(100)。 同样可得晶面ACC’A’和ACD’的晶面指数分别为
(110)、(111)。
晶面指数的一般标记为(hkl)。(hkl)实际表 示一组原子排列相同的平行晶面。
晶面的截距可以为负数, 在指数上加负号。 如( )面。
若某个晶面(hkl)的指数都乘以-1, 则得到 ( )晶面, 则晶面(hkl)与( ), 属于一组 平行晶面,
如晶面ACD’(111)与晶面A’C’B( ), 这两 个晶面一般用一个晶面指数(111)来表示。
复习：立方晶系的晶向表示方法
以图中的晶向OA为例, 说明晶向指数的标定 过程。
①设定一空间坐标系, 原点在欲定晶向的一 结点上。
②写出该晶向上另一结点的空间坐标 值:100
③将坐标值按比例化为最小整数：100 ④将化好的整数记在方括号内:[100]得到晶
向OA的晶向指数为[100]。
晶面族
在立方晶系中, 由于原子的排列具有高度的 对称性, 往往存在有许多原子排列完全相同 但在空间位向不同(即不平行)的晶面, 这些 晶面的总称为晶面族, 用大括号表示, 即 {hkl}。
在立方晶胞中(111)、( )、( )、( ) 同 属{111}晶面族。
复习:
晶面原子密度: 是指其单位面积中的原子数 。 晶向原子密度：是指其单位长度上的原子数 。
使晶体在滑移的同时 向外力方向发生转动。
外
切
锌
力
应
单
在
力
晶
晶
作
的
面
用
拉
上
下
伸
的
的
照
分
变
片
解
形
滑移的机理： 把滑移看作是晶体的一部分相对于另一
部分的刚性滑移是不对的，大量研究表 明：滑移是通过滑移面上位错的运动来 实现的。(P188)
刃形位错在切应力作用下在滑 移面上的运动
晶体通过位错运动产生滑 移时，并不需要整个晶体 的上半部分原子相对于下 半部分原子一起位移,而 只有少数原子产生滑移， 因而所需临界切应力小，
第一节 金属和陶瓷的力学性能
一、金属中的应力与应变：
1、轴向拉伸时的应 力与应变：
（表达方式及单位）
2、应力与应变之间 的关系（在弹性范围 内）
3、剪切变形时的应 力与应变：
（表达方式及单位）
4、应力与应变之间 的关系（在弹性范围 内）
二、拉伸试验和应 力-应变图：
1、 滑移
任何晶面上都可分解为 正应力和切应力。正应 力只能引起晶格的弹性 变形及将晶粒拉断。只 有在切应力的作用下金 属晶体的晶格在发生弹 性扭曲后进一步造成滑 移而产生塑性变形。
外
切
锌
力
应
单
在
力
晶
晶
作
的
面
用
拉
上
下
伸
的
的
照
分
变
片
解
形

滑移是晶体在切应力的作用 下, 晶体的一部分相对于另一 部分沿一定的晶面(滑移面) 和晶向发生滑动位移的现象。
滑移变形的特点 ：
⑴ 滑移只能在切应力 的作用下发生。产生 滑移的最小切应力称
临界切应力.
晶面间距示意图
沿其发生滑移的晶面和 晶向分别叫做滑移面和 滑移方向。通常是晶体 中的密排面和密排方向。
⑵ 滑移常沿晶体中 原子密度最大的晶面 和晶向发生。因为原 子密度最大的晶面和 晶向之间原子间距最 大，结合力最弱，产 生滑移所需切应力最 小。
同样方法可得晶向OB、OC的晶向指数分别 为[110]、[111]。
晶向指数的一般标记为[uvw]。
[uvw]实际表示一组原子排列相同的平行晶 向。
晶向指数也可能出现负数。（若两组晶向的 全部指数数值相同而符号相反, 如[110]与 [ ], 则它们相互平行或为同一原子列, 但 方向相反。）
（在光学显微镜下无法分辨 出滑移带内滑移台阶，因此， 滑移带也常常称为滑移线）
从滑移带的结构可知， 金属即使进行了大量的 塑性变形，这些变形也 只是集中在一小部分的 滑移面，许多潜在的滑 移面上并没有进行滑移， 大多数原子对于其邻居 来讲并移动。
⑷ 滑移的同时伴随着晶体的转动
如图所示：当外力作 用于单晶体试样时， 它在某些相邻层晶面 上所分解的切应力使 晶体发生滑移，而正 应力则组成一力偶，