材料强度学-细晶强化PPT课件

理想完整晶体模型理论屈服强度
理论临界分剪应力 m
m
G
2
常用金属的G 值 ≈ 104MPa～105MPa
≠ 理论切变强度应为103MPa～104MPa
金属的屈服强度仅为0.5～10MPa
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埃贡·欧罗万（Egon Orowan） 迈克尔·波拉尼（Michael Polanyi） G.I. 泰勒（G. I. Taylor）
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攀移
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面缺陷：二维尺寸
• 晶体外表面（external surfaces） • 晶粒边界（grain boundaries） • 孪晶界（twin boundaries） • 相界面（phase boundaries） • 层错（stacking faults）
➢位错在晶界塞积; ➢应力集中; ➢相邻晶粒位错源开动; ➢相邻晶粒变形; ➢宏观塑性变形。
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软取向
多晶体塑性变形总是一批一批晶粒逐步地发生，从少量晶 粒开始逐步扩大到大量的晶粒，从不均匀变形逐步发展到 比较均匀的变形。
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孪晶界：
两块相邻孪晶的共晶面。分为共格孪晶界和非共格孪晶 界。
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有晶界条件下(多晶体)的变形特点：
晶粒之间变形的传播过程：
Metal Handbook第九版第一卷） College of material science and engineering
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材料强度的影响因素：
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晶体的范性形变就是位错运动的结果。其存在对 材料的物理性能，尤其是力学性能，具有极大的 影响。
剪切应力的存在是塑性变形得以发生的最基本因素。
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刃型位错
螺型位错
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塑性变形的 位错机制理论
一侧相对于另一侧的整体刚性滑移 通过位错的运动来实现
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位错：指晶体材料的一种内部微观缺陷，即原子的 局部不规则排列（晶体学缺陷）。从几何角度看， 位错属于一种线缺陷，可视为晶体中已滑移部分与 未滑移部分的分界线。
《材 料 强 度 学》
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材料强度： 表征材料承载能力 的力学性能指标。是材料对变形 和断裂的抗力。
定义： 用给定塑性变形量或塑性变形速度所对应的应力或断 裂前所能承受的最大应力
e.g. 屈服强度：刚刚发生塑性变形所对应的应力。 蠕变强度：一定温度下给定的稳定蠕变速度所对应的应力。 疲劳强度：给定的疲劳断裂周次所对应的应力幅。
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强度
塑性变形 位错
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缺陷
空位 位错 晶界 固溶原子 第二相原子
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点缺陷
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位错的运动与晶体塑性
1926年，苏联物理学家雅科夫·弗仑克尔（Jacov Frenkel）
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晶界：两个空间位向不同的相邻晶粒之间的界面。(是单 晶体区别与多晶体的主要特征)
晶界的特性：
•晶界原子排列混乱、缺陷和杂质原子多、能量高； •晶界上原子扩散速度较快； •晶界对位错运动有阻碍作用； •晶界易产生氧化、局部熔化和腐蚀等； •晶界的原子混乱排列和高能量有利于固态相变的形核。
晶粒位向差小于10度的晶界。其结构为位错列，又分为 对称倾侧晶界和扭转晶界。
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亚晶界：
位向差小于1度的亚晶粒之间的边界。为位错结构。
晶粒的平均直径通常在0.015—0.25mm范围内，而 亚晶粒的平均直径则通常为0.001mm的范围内
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晶界分类：
大角度晶界：
晶粒位向差大于10度的晶界。其结构为几个原子范围内的原 子的混乱排列，可视为一个过渡区。
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小角度晶界：
强度： 化学成分
微观结构 环境 应力状态
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Graphite
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Diamond
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材料强度学的任务：
研究材料变形与断裂行为及其与应力、环境等 外部因素的关系，探明变形与断裂行为的微观 机制，并建立变形与断裂定量理论。
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？ 强度
硬度
硬度： 材料局部抵抗硬物压入其表面的能力称为硬度，是 衡量金属材料软硬程度的一项重要的性能指标
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钢和黄铜的Байду номын сангаас度－硬度关系（选自美国