材料科學(xué)基礎(chǔ)：第五章 材料的形變和再結(jié)晶1

1、第五章 材料的形變和再結(jié)晶 各種材料在外力作用下，發(fā)生形狀和大小的變化，稱為形變。概述金屬在外力作用下一般經(jīng)歷彈性變形、彈塑性變形和斷裂三個(gè)階段。1.脆性材料：如上圖曲線（a），即在彈性變形后沒(méi)有塑性變形（或塑性變形很小）接著就是斷裂，總彈性應(yīng)變能非常小。不同材料的變形行為不同。2.延性材料：如上圖曲線（b） 開始為彈性形變，接著有一段彈塑性形變，然 后才斷裂，總變形能很大。3.彈性材料：如上圖曲線（c），溫度升至玻璃轉(zhuǎn)變溫度以上，高彈形變，沒(méi)有屈服點(diǎn)。 材料的形變是重要的力學(xué)性能，與材料的制造、加工和使用都有著密切的關(guān)系。因此，研究材料在受力情況下產(chǎn)生形變的規(guī)律是有重要意義的。5.1.1 彈

2、性變形及其本質(zhì) 1.彈性變形 定義：當(dāng)外力去除后，能恢復(fù)到原來(lái)形狀或尺寸的變形。 特征：可逆、單調(diào)、變形量很?。?.5-1.0%） 2.彈性的物理本質(zhì) 原子間結(jié)合力抵抗外力的宏觀表現(xiàn)。勢(shì)能與原子間距的關(guān)系5.1.2 胡克定律 正應(yīng)力 s= Ee 切應(yīng)力 t= Ggs, t分別為正應(yīng)力和切應(yīng)力，e, g分別為正應(yīng)變和切應(yīng)變， E, G分別為彈性模量和切變模量。為材料泊松比，表示側(cè)向收縮能力，在拉伸實(shí)驗(yàn)中指材料橫向收縮率與縱向伸長(zhǎng)率的比值。壓縮模量彈性模量重要的材料常數(shù)，原子間結(jié)合強(qiáng)度的一個(gè)標(biāo)志 共價(jià)鍵、離子鍵結(jié)合的晶體，結(jié)合力強(qiáng)，E都較大； 分子鍵結(jié)合力弱，E較低。組織結(jié)構(gòu)不敏感參數(shù)各向異性 單

3、晶體-原子密排方向-E高 多晶體-各向同性對(duì)彈性變形的抗力，材料剛度的度量 廣義虎克定律 在彈性極限內(nèi)，物體內(nèi)任一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)變狀態(tài)均可以由六個(gè)應(yīng)力分量和六個(gè)應(yīng)變分量來(lái)描述，虎克定律的物理方程為： 式中 C11、C12Cij為常數(shù)，稱為彈性系數(shù)，或剛度系數(shù)。當(dāng)以應(yīng)力為自變量時(shí)，廣義虎克定律也可以寫成下式：式中 S11、S12Sij為常數(shù)，稱為柔度系數(shù)。 在晶體物理中存在Cij=Cji，Sij=Sji（i、j=1、2、3）的關(guān)系，因此Cij與Sij中只有21個(gè)獨(dú)立的，即 5.1.3 彈性的不完整性 1.包申格效應(yīng) 定義：材料經(jīng)過(guò)預(yù)先加載并產(chǎn)生少量塑性變形，卸載后，同向加載則e升高，反向加載則e降低的現(xiàn)象，稱為包申格效應(yīng)。 2.彈性后效 對(duì)于理想的彈性固體，作用應(yīng)力會(huì)立即引起彈性應(yīng)變，一旦應(yīng)力消除，應(yīng)變也隨之立即消除。但對(duì)于實(shí)際固體這種彈性應(yīng)變的產(chǎn)生與消除需要有限時(shí)間，這種與時(shí)間有關(guān)的彈性稱為彈性后效或滯彈性。影響因素： （a）晶體中的點(diǎn)缺陷；顯微組織的不均勻性。 （b）切應(yīng)力越大，影響越大。 （c）溫度升高，變形量增加。3.彈性滯后 由于應(yīng)變滯后于應(yīng)力，使加載曲線與卸載曲線不重合而形成的閉合曲線，稱為彈性滯后。5.1.4 黏彈性黏性流動(dòng)指非晶態(tài)固體和液體在很小外力的作用下會(huì)發(fā)生沒(méi)有確定狀態(tài)的流變，且外力去除后，形變不能回復(fù)。黏彈性同時(shí)表現(xiàn)出彈性和粘