《材料成型金属学》教学资料：6-8 金属的断裂

1、6 金属的断裂,断裂的基本类型 脆性断裂5%,6.2 脆性断裂,理论断裂强度 完整晶体在正应力作用下沿某一晶面拉断的强度。 两相邻原子面在拉力作用下，克服原子间键合力作用 ，使原子面分开的应力。,Griffith裂纹理论,基点:材料中已存在裂纹 在裂纹尖端引起应力集中，在外加应力小于理论断裂强度 时裂纹扩展，实际断裂强度大大降低。 能量平衡 裂纹 弹性能 表面能 要求：推导 物理意义,6.3 韧性断裂 材料经明显的变形后发生的断裂称为韧性断裂。 拉伸时以 “颈缩” 为先导, 当应变硬化产生的强度增加不足以补偿截面积的减少时, 产生集中变形, 出现“细颈”。,韧性断裂特点: (1)断裂前发生较大

2、塑性变形高能量吸收过程. (2)裂纹产生 扩展.聚合 生成新裂纹多裂纹源 (3)裂纹扩展临界应力裂纹形核应力缓慢过程,6.4 影响断裂类型的因素,从韧性断裂到脆性断裂的转变温度称为韧脆转变温度,影响因素 拉应力 Tc 应变速率 Tc 组织 d Tc 晶粒细化,Chapter 7 金属在塑性加工中组织与性能 变化的基本规律,7.1 金属在冷塑性加工中组织与性能变化的规律,1.显微组织,（1）纤维组织 （2）亚结构,（3） 变形织构,2.力学性能的变化,（1） 加工硬化 金属在变形过程中随着变形程度的增加,强度和硬度明显增加,塑性迅速下降的现象称为 。,用位错理论解释,2.各向异性 加工方式不同不

3、同织构 不同方向上 性能的差异,深冲 “制耳效应”,储存能 ,(2) 工艺条件 加工硬化 Es 变形温度变形速度变形程度不均匀变形 储存能,影响因素 : (1)材料的内在因素 溶质原子/d Es 畸变 第二相/基体性质差异大 Es,7.2 冷塑性加工金属加热时 组织性能变化,冷变形金属加热时的软化过程: 回复 再结晶 晶粒长大,t0,t1,t2,t3,回复,再结晶,晶粒长大,i) 回复 ii) 再结晶 iii)晶粒长大,New equiaxed and strain-free grains,组织性能变化,ABC间位相差很小,A和B合并,ABC合并,形成大位相差界面,亚晶聚合 伴随着亚晶长大,再

4、结晶形核机制,高位错密度晶界迁移，亚晶长大，成为再结晶的晶核.,变形程度较小时，大角度晶界上有一小段弓出，晶界扫过的区域储存能释放，可以作为再结晶晶核而长大。 晶界弓出,再结晶形核的驱动力 再结晶晶粒与变形基体之间的应变能之差 表面能应变能 晶粒长大的驱动力 界面能的降低,异常晶粒长大 二次再结晶 原因：第二相、杂质溶入基体金属中, 晶界迁移长大；或者再结晶织构中，个别晶粒位向差大, 易于迁移 异常长大。,7.3 热变形中的软化过程,动态回复 微变形阶段 加工硬化逐渐降低 稳定变形阶段,发生动态再结晶的应力应变曲线,应变速率温度稳定变形应力 低应变速率时重复发生动态再结晶,在回复和再结晶过程中

5、，发生了哪些组织变化？对性能有哪些主要影响？ 如果对一楔形板材进行轧制，经退火后其组织是否均匀？ 温度和应变速率如何影响材料的热变形行为？,8. 金属组织性能控制 8.1 金属的强化机制,1.细晶强化,霍尔配奇（Hall-Petch）公式,0 晶内变形阻力，相当于单晶体的屈服强度； Ky 晶界性质影响的阻力系数； d晶粒直径。,用晶格缺陷理论解释材料的强化机制-缺陷之间的交互作用,位错-晶界,1.晶界强化, 位错密度与应力的关系, :流变应力 ：位错密度,= 形变强化与位错有直接关系,k = b,2.形变强化,位错-位错,3 固溶强化,位错钉轧机制可运动的溶质原子钉轧位错而造成强化(开始屈服时

6、)； 摩擦机制不动的溶质原子引起应力场增加位错运动的阻力。,流变应力随溶质浓度的变化,Stress,0, -cm,合金的流变应力；, 纯金属的流变应力； c 溶质的原子浓度。 K, m 常数。,位错-固溶原子,4.分散强化,位错切过第二相质点.,位错-第二相粒子,位错绕过第二相质点,8.2 强韧性能控制,控制控冷工艺示意图,钢铁材料/铝合金的组织性能控制,控制轧制控制冷却,1: 将合金在340 to 451C 固溶，形成过饱和固溶体；,2: 快速淬火，防止形成第二相；,3: 低于340C 时效，形成细小弥散的相。,Al-8%Mg合金,固溶-淬火-时效,8.3 冲压性能的控制,b宽度方向的应变； h厚度方向的应变.,R值越高，深冲性能越好。,将板材试样在拉伸试验机上使之产生20的变形，测定变形前后的尺寸。,塑性变形比 R,各向异性塑性应变比的平均值,1）反映冲压性能的优劣； 2）衡量各向异性。,形变时效,板材