第07章的变形与断裂_g1试题.ppt

第七章 材料的变形与断裂 变形概述 单晶体的滑移 滑移的位错理论分析 多晶体的塑性变形 其他塑性变形方式 塑性变形对组织性能的影响 说明 飞机发动机叶片的新材料已经发展为第4代单晶。开始时用多晶的镍基高温合金，后来制成了定向晶界的多晶叶片，结晶方向与受力方向一致，性能提高很多。目前制作成了无晶界定向单晶，性能更提高了，制作难度也更大了。第4代发动机涡轮盘为双性能盘，这种盘外边是细结晶组织，抗疲劳性能好，里边是粗结晶组织，抗蠕变性能好。对于航空发动机叶片，现在国内外开始研究钦铝化合物的定向单晶。据美国NASA估计，到2020年整个发动机材料总量的20%-25%将是钛铝合金。 塑性变形引言 第一节 变形概述 名词概念 变形过程 弹性变形 塑性变形 塑性变形的方式 变形过程中的名词概念 如右图，我们可以看到，压缩负载造成了圆筒的形变。原本的形状（虚线）已经改变（形变）。圆筒的侧面凸出来了。这是因为，圆筒虽然没有裂开或败坏；但它的强度，并不足以在这负载下，保持形状不改变，因此圆筒的侧面凸涨出来。形变可能是暂时性的，就像放松的弹簧，会回到原来的长度；形变也可能是永久性的，当物体不可逆地变弯或变坏时。 应力定义为“单位面积上所承受的力”。公式记为 应力张量 通常的术语“应力”实际上是一个叫做“应力张量” (stress tensor) 的二阶张量。应力描述了连续介质内部之间通过力（而且是通过近距离接触作用力）进行相互作用的强度。具体说，如果我们把连续介质用一张假想的光滑曲面把它一分为二，那么被分开的这两部分就会透过这张曲面相互施加作用力。很显然，即使在保持连续介质的物理状态不变的前提下，这种作用力也会因为假想曲面的不同而不同，所以，必须用一个不依赖于假想曲面的量来描述连续介质内部的相互作用的状态。对于连续介质来说，担当此任的就是应力张量，简称为应力。 在这里，我们所说的连续介质同物理学中的质点、刚体、点电荷等类似，都是一种模型，它假定物质没有微观结构，而只是连续地分布在一个给定的三维区域中－－有些情况下也会假定它连续分布在一个光滑曲面上，甚至一条光滑曲线上，不过我们这里暂不考虑这种二维分布和一维分布的连续介质。刚体就是连续介质的一种特殊情形。流体和弹性体也是连续介质的特殊情形。 应力的种类 热应力：材料由于温度变化所产生的应力。 静态应力：所施加于物体上的力大小与方向不随时间变化的应力。 动态应力：所施加于物体上的力大小随时间变化的应力。 疲劳应力：长时间反复施加于物体上使得物体发生疲劳的应力。 残留应力：物体受力后所产生的应变超过弹性范围，而使得物体内部无法恢复原来的状态所残存的应力。 应变 应变在力学中定义为一微小材料元素承受应力时所产生的单位长度变形量。因此是一个无量纲的物理量。公式记为 其中ε 是应变，L 是材料元素的长度，ΔL 是承受应力的变形量。 变形过程 钢 定义：在国标GB/T 13304－91《钢分类》描述：“以铁为主要元素、含碳量一般在2%以下，并含有其他元素的材料。”其中的一般是指除铬钢外的其他钢种，部分铬钢的含碳量允许大于2%。含碳量大于2%的铁合金是铸铁。其他国际标准如ISO 4948或EN 10020中对钢的定义也与此类似。 按照钢的成分来分 碳钢主要含碳、铁两种元素，用于制造机械零件通常要进行热处理。 低碳钢又称软钢，含碳量在0.02%-0.3%之间，低碳钢易于接受各种加工如锻造，焊接和切削，常用于制造链条、铆钉、螺栓、轴等。 中碳钢含碳量在0.3%-0.6%之间， 高碳钢含碳量在0.6%-2%之间，超过2%即为铸铁。 合金钢（alloy steel） - 钢中加入其它金属如铬、镍、钨、钒等，使具有若干新的特性。 由于各种合金元素的掺入，合金钢可具有防锈，防腐蚀，耐热，耐磨，防震和抗疲乏等不同特性。 低碳钢实例 2007年1月10日，印度首次太空舱返回实验（Space Capsule Recovery Experiment，SRE）中的航天系统SRE-1。 SRE-1重550千克，以低碳钢制造。整个航天器包括隔热结构、舱体、制动和漂浮系统以及微重力实验载荷。 太空舱略呈钟形，顶端半球状鼻帽半径约0.5米，底部直径2米，全高1.6米。降落伞、烟火信号装置、传感器和电子设备、遥感系统等被置于SRE-1舱体内。 为了抵抗再入大气层时的高温，SRE-1表面大部分覆盖有二氧化硅隔热瓦，并设计了碳-酚复合材料制成的可烧蚀式端头帽。印度人也在研究碳碳复合材料，如果成功，这种材料将与二氧化硅隔热瓦一起用于印度未来的其它返回式航天器，如ISRO计划中的可重复使用发射载具。 弹性变形 胡克定律（Hookes law） 是力学弹性理论中的一条基本定律，表述为：固体材料受力之