《多晶體的塑性變形》課件

多晶體的塑性變形塑性變形的概念永久變形在應(yīng)力去除后，材料不能恢復(fù)到其原始形狀。不可逆過程塑性變形涉及材料內(nèi)部的原子重排和結(jié)構(gòu)變化，這些變化是不可逆的。應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系塑性變形在應(yīng)力-應(yīng)變曲線上表現(xiàn)為一個非線性區(qū)域，對應(yīng)于材料的屈服強(qiáng)度。塑性變形的特點可塑性材料在外力作用下發(fā)生永久變形，且不會斷裂。應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系材料具有明顯的屈服極限和延伸率。能量耗散塑性變形過程伴隨著能量的吸收和耗散。晶體結(jié)構(gòu)與位錯金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)決定了其塑性變形的微觀機(jī)制。金屬晶體通常具有規(guī)則的原子排列，形成特定的晶格結(jié)構(gòu)。位錯是晶體中的一種線缺陷，是晶體內(nèi)部原子排列的一種局部偏差，它是在晶體生長過程中或在晶體受到外力作用時產(chǎn)生的。位錯的產(chǎn)生和運動1晶體生長在晶體生長過程中，由于晶格的錯位，會導(dǎo)致位錯的產(chǎn)生。2外力作用當(dāng)晶體受到外力作用時，會發(fā)生形變，從而導(dǎo)致位錯的運動。3熱應(yīng)力溫度變化也會引起晶體的熱應(yīng)力，從而導(dǎo)致位錯的產(chǎn)生和運動。4點缺陷晶體內(nèi)部的點缺陷，如空位和間隙原子，也會促進(jìn)位錯的產(chǎn)生。單滑移和多滑移1單滑移位錯在單個滑移面上運動，導(dǎo)致金屬材料發(fā)生塑性變形。2多滑移多個滑移面同時發(fā)生位錯運動，導(dǎo)致金屬材料產(chǎn)生更復(fù)雜的塑性變形。位錯與塑性變形位錯運動位錯的運動是多晶體塑性變形的根本原因。剪切應(yīng)力當(dāng)材料受到剪切應(yīng)力時，位錯會沿滑移面移動，從而引起塑性變形。位錯堆積與應(yīng)力場1堆積位錯相互靠近時，其應(yīng)力場相互疊加，形成應(yīng)力集中區(qū)。2應(yīng)力場位錯堆積區(qū)域的應(yīng)力場更加復(fù)雜，并影響周圍材料的性能。位錯遷移與重新排列位錯遷移位錯遷移是晶體在受到外力作用時，位錯線在晶體內(nèi)部移動的過程。位錯遷移是塑性變形的主要機(jī)制。位錯重新排列當(dāng)位錯遷移到晶界或其他障礙物時，位錯可能會重新排列，形成新的位錯結(jié)構(gòu)。這種重新排列可以改變材料的強(qiáng)度和塑性。位錯相互作用位錯之間會相互作用，例如位錯交匯、位錯阻塞等。這些相互作用會影響位錯的遷移和重新排列，從而影響材料的力學(xué)性能。熱處理對位錯的影響退火退火可以使金屬材料的晶粒長大，減少位錯密度，提高塑性。淬火淬火可以使金屬材料快速冷卻，形成細(xì)小的晶粒，增加位錯密度，提高硬度?；鼗鸹鼗鹂梢允菇饘俨牧显诖慊鸷筮M(jìn)行低溫加熱，降低硬度，提高塑性。應(yīng)力應(yīng)變曲線分析階段描述彈性階段材料在應(yīng)力去除后可以完全恢復(fù)屈服階段材料發(fā)生永久變形，應(yīng)力幾乎不增加強(qiáng)化階段應(yīng)力繼續(xù)增加，材料繼續(xù)變形頸縮階段材料發(fā)生局部斷裂加工硬化與動態(tài)回復(fù)加工硬化在塑性變形過程中，金屬材料的強(qiáng)度和硬度增加的現(xiàn)象。動態(tài)回復(fù)在變形過程中，金屬材料的強(qiáng)度和硬度降低的現(xiàn)象。動態(tài)再結(jié)晶現(xiàn)象晶粒細(xì)化在變形過程中，新的細(xì)小晶粒在變形晶粒內(nèi)部或晶界上形成。強(qiáng)度提升由于晶粒尺寸減小，材料的強(qiáng)度和硬度會顯著提高。塑性改善細(xì)小的晶粒能有效地抑制裂紋的擴(kuò)展，從而提高材料的塑性。動態(tài)再結(jié)晶的驅(qū)動力變形能降低熱力學(xué)驅(qū)動力原子擴(kuò)散動態(tài)再結(jié)晶的特點晶粒細(xì)化動態(tài)再結(jié)晶會導(dǎo)致晶粒尺寸減小，從而提高材料的強(qiáng)度和韌性?？棙?gòu)變化動態(tài)再結(jié)晶會導(dǎo)致材料的織構(gòu)發(fā)生變化，影響材料的性能。應(yīng)力釋放動態(tài)再結(jié)晶會消除材料內(nèi)部的應(yīng)力，從而提高材料的穩(wěn)定性。動態(tài)再結(jié)晶的類型連續(xù)動態(tài)再結(jié)晶在變形過程中，新形成的晶粒從原有的晶粒中連續(xù)生長，形成新的晶粒結(jié)構(gòu)。間斷動態(tài)再結(jié)晶變形過程中，新形成的晶粒在一定溫度和變形速率下，間斷地生長，形成新的晶粒結(jié)構(gòu)。金屬塑性加工中的動態(tài)再結(jié)晶動態(tài)再結(jié)晶可以在熱加工過程中，如軋制、鍛造和擠壓等，提高金屬的塑性變形能力。它可以細(xì)化晶粒尺寸，改善材料的強(qiáng)度和韌性，提高加工效率。動態(tài)再結(jié)晶已廣泛應(yīng)用于各種金屬材料的生產(chǎn)加工，例如：鋼材、鋁材和銅材等。靜態(tài)再結(jié)晶現(xiàn)象晶粒長大高溫退火后，金屬的晶粒尺寸增大，降低了材料的強(qiáng)度，但提高了塑性和韌性。晶粒形貌變化靜態(tài)再結(jié)晶過程會改變晶粒的形狀，形成新的晶界，影響材料的性能。靜態(tài)再結(jié)晶的驅(qū)動力1儲存的能量冷加工會產(chǎn)生儲存的能量，導(dǎo)致晶粒變形和位錯密度增加，驅(qū)動再結(jié)晶以降低能量。2晶界能細(xì)小的晶粒具有較高的晶界能，驅(qū)動較小的晶粒長大以降低總的晶界能。3應(yīng)變能冷加工后的金屬具有應(yīng)變能，再結(jié)晶過程可降低應(yīng)變能，使金屬恢復(fù)到更穩(wěn)定的狀態(tài)。靜態(tài)再結(jié)晶的過程1形核新的晶粒在舊晶粒的邊界或內(nèi)部形核。2長大新晶粒以犧牲舊晶粒為代價長大。3長大結(jié)束新晶粒長大到一定程度，不再長大。靜態(tài)再結(jié)晶的特點晶粒尺寸靜態(tài)再結(jié)晶后，晶粒尺寸會發(fā)生變化，一般來說，晶粒尺寸會變大。晶粒形狀靜態(tài)再結(jié)晶后，晶粒形狀會變得更加規(guī)則，一般來說，晶粒形狀會趨于等軸狀。晶粒取向靜態(tài)再結(jié)晶后，晶粒取向會發(fā)生變化，一般來說，晶粒取向會變得更加均勻。靜態(tài)再結(jié)晶與工業(yè)應(yīng)用提高金屬強(qiáng)度靜態(tài)再結(jié)晶能夠細(xì)化晶粒尺寸，提高金屬的強(qiáng)度和硬度，改善其機(jī)械性能。改善加工性能通過靜態(tài)再結(jié)晶，可以消除金屬在加工過程中產(chǎn)生的應(yīng)力，改善其加工性能，提高加工效率。控制金屬組織靜態(tài)再結(jié)晶可以控制金屬的微觀組織結(jié)構(gòu)，使其具有更優(yōu)異的性能，滿足不同應(yīng)用的要求。多晶體加工組織演變1初始組織鑄造、鍛造或其他初始狀態(tài)2加工變形塑性變形導(dǎo)致晶粒尺寸變化3再結(jié)晶新晶粒形成，消除變形4晶粒長大新晶粒尺寸增加斷裂與斷裂形式斷裂是材料在拉伸、彎曲、扭轉(zhuǎn)或沖擊載荷作用下發(fā)生分離的現(xiàn)象。斷裂形式取決于材料的性質(zhì)、加載方式和環(huán)境條件。常見的斷裂形式包括脆性斷裂、韌性斷裂和疲勞斷裂。疲勞破壞機(jī)理分析裂紋萌生疲勞裂紋通常從材料表面的應(yīng)力集中區(qū)開始，例如加工缺陷、表面粗糙度或幾何形狀突變處。裂紋擴(kuò)展隨著循環(huán)載荷的施加，裂紋會逐漸擴(kuò)展，形成疲勞裂紋，最終導(dǎo)致構(gòu)件斷裂。疲勞斷裂的預(yù)防材料選擇選擇具有較高疲勞強(qiáng)度和抗裂紋擴(kuò)展能力的材料，例如高強(qiáng)度鋼、鈦合金等。表面處理通過表面強(qiáng)化處理，如噴丸處理、表面鍍層等，可以提高材料的表面應(yīng)力狀態(tài)，增強(qiáng)抗疲勞性能。結(jié)構(gòu)設(shè)計避免應(yīng)力集中，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，合理分配載荷，減少應(yīng)力幅值，降低疲勞裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展。疲勞壽命預(yù)測預(yù)測疲勞壽命，可以更準(zhǔn)確地評估材料在不同載荷條件下的使用壽命。焊接后的組織演變1熱影響區(qū)焊接熱量影響的區(qū)域，組織變化較大2熔合區(qū)焊絲與母材熔化形成的區(qū)域，組織更細(xì)密3母材未熔化的原始金屬材料，組織基本保持不變熱處理后的組織演變1退火降低材料內(nèi)部應(yīng)力，提高塑性和韌性。2正火改善金屬的力學(xué)性能，提高材料的強(qiáng)度和硬度。3淬火提高材料的硬度和強(qiáng)度，并改善材料的耐磨性。4回火降低淬火后的內(nèi)應(yīng)力，提高材料的韌性和塑性。結(jié)構(gòu)演變的控制工藝參數(shù)控制通過控制溫度、時間、應(yīng)變速率等工藝參數(shù)，可以影響晶粒尺寸、形狀和取向，進(jìn)而控制材料的力學(xué)性能。添加合金元素合金