材料科學(xué)基礎(chǔ)材料韌化基本原理ppt課件

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,第五章三-四節(jié),1,一、金屬材料的韌化原理,改善材料的韌性的基本途徑,1 減少誘發(fā)微裂紋的組成相,2 提高基體的塑性,材料的韌性是強(qiáng)度和塑性的綜合體現(xiàn),3 增加組織的塑性形變均勻性（減少應(yīng)力集中）,4 避免晶界弱化，防止裂紋沿晶界的形核和擴(kuò)展,2,,,5 強(qiáng)化同時(shí)的增韌,(1)位錯(cuò)強(qiáng)化與塑性和韌性,位錯(cuò)密度升高會(huì)提高強(qiáng)度而降低塑性和韌性?？蓜?dòng)的未被鎖住的位錯(cuò)對韌性的損害小于被沉淀物或固溶原子鎖住的位錯(cuò)。故提高可動(dòng)位錯(cuò)密度對塑性和韌性均有利。,(2)固溶強(qiáng)化與塑性,固溶強(qiáng)化應(yīng)在保證強(qiáng)度的同時(shí)提高塑性。通過添加合適的合金元素，如，Ni，可促進(jìn)交滑移，改善塑性。 另外，調(diào)整間隙原子的添加濃度，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度和塑韌性的最佳配合。,3,(3)細(xì)化晶粒與塑性,細(xì)化晶粒既能提高強(qiáng)度，又能同時(shí)優(yōu)化塑性和韌性，是目前公認(rèn)最佳的實(shí)現(xiàn)材料強(qiáng)韌化的途徑。,(4)沉淀相顆粒與塑性,沉淀顆粒會(huì)通過彌散強(qiáng)化提高基體的強(qiáng)度和硬度，但可能會(huì)明顯降低塑性和韌性。尤其，條帶狀、片狀析出物，以及沿晶界網(wǎng)狀析出的沉淀相，均顯著降低材料塑性。 減少沉淀相的析出數(shù)量，改善沉淀相的形狀和分布狀態(tài)，可改善材料塑性。,4,二、高聚物的韌化原理,(1) 增塑劑與沖擊韌性,添加增塑劑使分子間作用力減小，鏈段以至大分子容易運(yùn)動(dòng)，使高分子材料的沖擊韌性提高。,(2) 分子結(jié)構(gòu)、相對分子質(zhì)量與沖擊韌性,如果大分子結(jié)構(gòu)和分子間作用力的作用使高分子材料的堆砌密度小，玻璃化溫度低時(shí)，沖擊韌性則高。 如果大分子鏈的柔順性好，可提高結(jié)晶性高分子材料的結(jié)晶能力，結(jié)晶度高則會(huì)使沖擊韌性下降。,5,相對分子質(zhì)量增大使分子鍵的纏結(jié)點(diǎn)增多，有利于伸長率和強(qiáng)度的提高，兩者又使高分子材料的沖擊韌性獲得改善。,(3) 嵌段共聚與沖擊韌性,在玻璃化溫度高的鏈段之間嵌入玻璃化溫度低的鏈段可發(fā)揮良好的配合作用，既保證高的強(qiáng)度和硬度，又又好的韌性。,(4) 共混與沖擊韌性,與橡膠態(tài)高聚物摻混的樹脂。橡膠顆粒的承載作用,6,三、無機(jī)非金屬材料的韌化機(jī)理,(1) 相變增韌,ZrO2陶瓷中四方相的ZrO2向單斜相的ZrO2轉(zhuǎn)變，伴隨有體積膨脹。當(dāng)有較大外應(yīng)力作用時(shí)，基體的約束作用減弱，促進(jìn)相變，會(huì)引發(fā)微裂紋，從而消除應(yīng)力集中，吸收了主裂紋擴(kuò)展的能量，提高斷裂韌性。,7,(2) 微裂紋增韌,大多數(shù)情況下，陶瓷材料中存在裂紋。如果在主裂紋尖端存在相變誘導(dǎo)微裂紋區(qū)，由微裂紋吸收裂紋擴(kuò)展過程中的能量，則可有效阻止主裂紋的擴(kuò)展，起到增韌的目的。,8,材料強(qiáng)韌化方法示例,9,一、金屬材料強(qiáng)韌化的例子,低碳馬氏體鋼的強(qiáng)韌化,(1)碳的間隙固溶強(qiáng)化,(2)碳化物(回火時(shí)產(chǎn)生)的沉淀顆粒強(qiáng)化,10,(3)亞結(jié)構(gòu)為高密度位錯(cuò), 位錯(cuò)強(qiáng)化作用,(4)可動(dòng)位錯(cuò)緩解局部應(yīng)力集中, 延緩裂紋產(chǎn)生, ?塑性和韌性,(5)殘余奧氏體薄膜阻擋裂紋擴(kuò)展, ?塑性和韌性,11,二、高分子材料強(qiáng)韌化的例子,三、陶瓷材料強(qiáng)韌化的例子,Al2O3-ZrO2 +Y2O3 (ZTA)陶瓷材料,12,四、復(fù)合材料的強(qiáng)韌化,,,,Al2O3 /Al-1.5Mg復(fù)合材料棒材(a)縱向 (b)橫向,纖維增強(qiáng)復(fù)合材料,13,顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料,,,,,,粉末增強(qiáng)劑發(fā)生團(tuán)聚;改善增強(qiáng)粉末聚合體與基體的潤濕程度,14,