《第十章材料的强化.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第十章材料的强化.ppt（20页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、第十章 材料的强化,第一节 材料强化基本原理 第二节 材料韧化基本原理,韧性是材料变形和断裂过程中吸收能量的能力，它是强度和塑性的综合表现； 强度是材料抵抗变形和断裂的能力， 塑性则表示材料断裂时总的塑变程度 材料在塑性变形和断裂全过程中吸收能量的多少表示韧性的高低 金属材料缺口试样落锤冲击试验侧得的韧性指标称为冲击韧性 高分子材料冲击试验的韧性指标通常称为冲击强度或冲击韧度,第一节 材料强化基本原理 一、金属材料的强化原理 1、固溶强化 纯金属经适当的合金化后强度、硬度提高的现象 根据强化机理可分为无序固溶体和有序固溶体 固溶强化的特点： （1）溶质原子的原子数分数越大，强化作用越大； （2
2、）溶质原子与基体金属原子尺寸相差越大，强化作用越大； （3）间隙型溶质原子比置换原子有更大的固溶强化作用； （3）溶质原子与基体金属的价电子数相差越大，固溶强化越明显。,2、细晶强化 多晶体金属的晶粒通常是大角度晶界，相邻取向不同的的晶粒受力发生塑性变形时，部分晶粒内部的位错先开动，并沿一定晶体学平面滑移和增殖，位错在晶界前被阻挡，当晶粒细化时，需要更大外加力才能使材料发生塑性变形，从而达到强化的目的。 霍尔-佩奇公式：s=+Kyd-1/2,3、位错强化 （1） 晶体中的位错达到一定值后，位错间的弹性交互作用增加了位错运动的阻力。可以有效地提高金属的强度。 流变应力 和位错密度的关系：,培莱-
3、赫许公式,（2）加工硬化 定义：金属经冷加工变形后，其强度、硬度增加、塑 性降低。 单晶体的典型加工硬化曲线： 曲线的斜率=d /d 称为“加工硬化速率”,FCC单晶体的应力应变曲线,曲线明显可分为三个阶段： I 易滑移阶段：发生单滑移，位错移动和增殖所遇到的阻力很小，I 很低，约为10-4G数量级。 II线性硬化阶段：发生多系滑移，位错运动困难，II 远大于I 约为 G/100G/300 ，并接近于一常数。 III抛物线硬化阶段：与位错的多滑移过程有关，III 随应变增加而降低，应力应变曲线变为抛物线。,4、沉淀相颗粒强化 当第二相以细小弥散的微粒均匀分布在基体相中时，将产生显著的强化作用，
4、通常将微粒分成不可变形的和可变形的两类。 （1）可变形微粒的强化作用切割机制 适用于第二相粒子较软并与基体共格的情形,强化作用主要决定于粒子本身的性质以及其与基体的联系，主要有以下几方面的作用： A位错切过粒子后产生新的界面，提高了界面能。 B 若共格的粒子是一种有序结构，位错切过之后，沿滑移面产生反相畴，使位错切过粒子时需要附加应力。 C由于粒子的点阵常数与基体不一样，粒子周围产生共格畸变，存在弹性应变场，阻碍位错运动。 D由于粒子的层错能与基体的不同，扩展位错切过粒子时，其宽度会产生变化，引起能量升高，从而强化。 E 由于基体和粒子中滑移面的取向不一致，螺型位错线切过粒子时必然产生一割阶，
5、而割阶会妨碍整个位错线的移动。 在实际合金中，起主要作用的往往是12种。 增大粒子尺寸或增加体积分数有利于提高强度。,（2）不可变形微粒的强化作用奥罗万机制（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。 使位错线弯曲到曲率半径为R时，所需的切应力为 =Gb/（2R） 设颗粒间距为， 则=Gb/ ， Rmin=/2 只有当外力大于Gb/ 时，位错线才能绕过粒子。 减小粒子尺寸（在同样的体积分数时，粒子越小则粒子间距也越小）或提高粒子的体积分数，都使合金的强度提高。,（3）粗大的沉淀相群体的强化作用 由两个相混合组成的组织的强化主要是由于： 纤维强化； 个相对另一个相起阻碍塑性
6、变形的作用，从而导致另一个相更大的塑性形变和加工硬化， 直到末形变的相开始形变为止； 在沉淀相之间颗粒可由不同的位错增殖机制效应引入新的位错,二、高聚物的强化原理 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。,第二节 材料的韧化基本原理,一、金属材料的韧化原理 改善金属材料韧性断裂的途径是： 减少诱发微孔的组成相，如减少沉淀相数量 提高基体塑性，从面可增大在基体上裂纹扩展的能量消
7、耗； 增加组织的塑性形变均匀性，这主要为了减少应力集中； 避免晶界的弱化，防止裂纹沿晶界的形核与扩展； 金属材料的各种强化,二、高聚物的韧化原理 1、增塑剂 与冲击韧性 添加增塑剂使分子间作用力减小，链段以至大分子易于运动，则使得高分子材料的冲击韧性提高。但某些增塑剂在添加量较少时，有反增塑作用，反使冲击韧性下降,2、分子结构、相对分子量与冲击韧性 热塑性塑料的大分子结构及分于间力是决定材料性能的主要因素，这两个因素若使堆砌密度小。玻璃化温度低时，则冲击韧性就高，大分子链的柔顺 性好，可提高结 晶性高分子材料 的结晶能力，而 结晶度高常使冲 击韧性下降 。,提高相对分子质量对高聚物冲击韧性的作
8、用会因长分子链的缠结而削弱，因为分子链的缠结、交联会降低其柔性，在温度和拉仲速率一定的条件下，高聚物的相对分子质量有一临界值Mc，当相 对分子质量大 于Mc时高聚物 为韧件，反之 为脆性,三、无机非金属材料的韧化机理 陶瓷的主要增韧机制有相变增韧和微裂纹增韧： 1、相变增韧 处于陶瓷基体内的ZrO2存在着m- ZrO2与 t- ZrO2 的可逆相变特性，晶体结构的转变伴有3一5的体积膨胀 ZrO2颗粒弥散分布于陶瓷基体内，当材料受到外力作用时，基体对ZrO2的压抑作用得到松驰， ZrO2颗粒即发生四方相到单斜相的转变，并在基体内引发微裂纹，从而吸收了主裂纹扩展的能量，达到提高断裂韧性的效果 。,2、微裂纹增韧 基体内的微裂纹使主裂纹的应力场发生改变，使主裂纹的方向发生改变，增加裂纹的途径，从而消耗更多的能量，达到增韧的目的。,