《金属学原理》第5章材料的形变和再结晶一.pptx
第5章材料的形变和再结晶
弹性变形
断裂
材料受力
F
塑性变形
研究材料的变形规律及其微观机制，分析了解各种内外因素对变形的影响，以及研究讨论冷变形材料在回复再结晶过程中组织、结构和性能的变化规律，具有十分重要的理论和实际意义
上屈服点
下屈服点
弹性
Eo应变
日应力
5.1弹性和粘弹性
(b)
5.1.1弹性变形的本质
弹性变形是指外力去除后能够完全恢复的那部分变形，可从原子间结合力的角度来了解它的物理本质
图(a)体系能量与原子间距的关系和(b)原子作用力和距离的关系
5.1.2弹性变形的特征和弹性模量
弹性变形的主要特征是：
(1)理想的弹性变形是可逆变形，加载时变形，卸载时变形消失并恢复原状
(2)金属、陶瓷和部分高分子材料不论是加载或卸载时，只要在弹性变形范围内，其应力与应变之间都保持单值线性函数关系，
即服从虎克(Hooke)定律：
在正应力下，σ=Eε,
在切应力下，T=Gγ,
式中，σ,T分别为正应力和切应力；ε,γ分别为正应变和切应变；E,G分别为弹性模量(杨氏模量)和切变模量
RobertHooke
1635—1703
弹性模量代表着使原子离开平衡位置的难易程度，是表征晶体中原子间结合力强弱的物理量。金刚石一类的共价键晶体由于其原子间结合力很大，故其弹性模量很高；金属和离子晶体的则相对较低；而分子键的固体如塑料、橡胶等的键合力更弱，故其弹性模量更低，通常比金属材料的低几个数量级。
式中，v为材料泊松比，表示侧向收缩能力。一般金属材料的泊松比在0.25~0.35之间，高分子材料则相对较大些
弹性模量与切变弹性模量之间的关系为：
材料
E/×10²MPa
G/×10³MPa
泊松比v
铸铁
110
51
0.17
a-Fe,钢
207～215
82
0.26~0.33
Cu
110~125
44～46
0.35～0.36
Al
70～72
25~26
0.33~0.34
Ni
200～215
80
0.30～0.31
黄铜70/30
100
37
一
Ti
107
一
-
W
360
130
0.35
Pb
16~18
5.5～6.2
0.40～0.44
金刚石
1140
一
0.07
陶瓷
58
24
0.23
石英玻璃
76
23
0.17
火石玻璃
60
25
0.22
有机玻璃
4
1.5
0.35
硬橡胶
5
2.4
0.2
橡胶
0.1
0.03
0.42
烧结Al₂O₃
325
1
0.16
尼龙
2.8
一
0.40
蚕丝
6.4
聚苯乙烯
2.5
0.33
聚乙烯
0.2
0.38
(3)弹性变形量随材料的不同而异
多数金属材料
低于比例极
限sp的应力
范围内
线性
符合虎克定律
弹性变量
不超过0.5%
高分子材料
一般情况
非线性
不符合虎克定律
高弹性变量
最高可达1000%
5.1.3弹性的不完整性
多数工程上应用的材料为多晶体甚至为非晶态或者是两者皆有的物质，其内部存在各种类型的缺陷，弹性变形时，可能出现加载线与卸载线不重合、应变的发展跟不上应力的变化等有别于理想弹性变形特点的现象，称之为弹性的不完整性。
包申格效应
弹性后效
弹性滞后
弹性的不完整性
一些实际晶体，在加载或卸载时，应变不是瞬时达到其平衡值，而是通过一种弛豫过程来完成其变化的。这种在弹性极限se范围内，应变滞后于外加应力，并和时间有关的现象称为弹性后效或滞弹性
材料经预先加载产生少量塑性变形(小于4%),而后同向加载
则σe升高，反向加载则σe下降。此现象称之为包申格效应。它是多晶体金属材料的普遍现象。
1.包申格效应
2.弹性后效
应变
时间
由于应变落后于应力，在σ-ε曲线上使加载线与卸载线不重合而形成一封闭回线，称之为弹性滞后
O
(a)
3.弹性滞后
(d)
(c)
变形形式除了弹性变形、塑性变形外还有一种粘性流动。
所谓粘性流动是指非晶态固体和液体在很小外力作用下便会发生没有确定形状的流变，并且在外力去除后，形变不能回复。
式中σ为应力，为应变速率η称为拈度系数，反映了流体的内摩擦力，
即流体流动的难易程度，其单位是Paos
纯粘性流动服从牛顿粘性流动定律：
5.1.4粘弹性
1.Maxwell模型
对解释应力松弛特别有用
应力随时间的变化
一些非晶体，有时甚至多晶体，在比较小的应力时可以同时表现出弹性和粘性，这就是粘弹性现象
w—1一。
粘弹性