《材料科学基础》课程教学课件（PPT讲稿）材料的形变与再结晶 5.1 弹性和粘弹性

第五章材料的形变和再结晶弹性和粘弹性5.1 5.2晶体的塑性形变回复与再结晶5.35.4热变形与动态回复、再结晶5.5陶瓷材料的变形特点5.6高聚物的变形特点

第五章 材料的形变和再结晶 5.1 弹性和粘弹性 5.2 晶体的塑性形变 5.3 回复与再结晶 5.4 热变形与动态回复、再结晶 5.5 陶瓷材料的变形特点 5.6 高聚物的变形特点

无论是金属材料、无机非金属材料和高分子材料，在外力的作用下要产生变形载荷传感器试样可移动横梁应力拉伸仪

无论是金属材料、无机非金属材料和高分子材料，在外力的作用下要产生变形 。 应力拉伸仪

·强化阶段s-b·塑性变形（屈服阶段）e-s均匀的塑性变形应力与应变之间的直线关系被破坏若使试样的应变增大，则须增加应力值一塑性变应力去除，试样的变形只能部分恢复形抗力不断增加加工硬化）os：屈服极限：产生0.2%残余变形的应力值p：抗拉极限d应力Ob｜应变曲线Ca8O·弹性变形o-e应力与试样的应变成正比断裂b-k应力去除，变形消失，回复原形状大小不均匀塑性变形并形成缩颈，直至k点断裂一→可逆变形Ok：断裂强度：弹性极限金属在外力作用下一般经历弹性变形塑性变形、强化和断裂四个阶段

应 力 | 应 变 曲 线 金属在外力作用下一般经历弹性变形、塑性变形、强化和断裂四个阶段 • 弹性变形 o-e 应力与试样的应变成正比 应力去除，变形消失，回复原形状大小 →可逆变形 σe：弹性极限 ε=0.2% • 强化阶段 s-b 均匀的塑性变形 若使试样的应变增大，则须增加应力值→塑性变 形抗力不断增加(加工硬化) σb：抗拉极限 • 塑性变形(屈服阶段) e-s 应力与应变之间的直线关系被破坏 应力去除，试样的变形只能部分恢复 σs：屈服极限：产生0.2%残余变形的应力值 • 断裂 b-k 不均匀塑性变形并形成缩颈，直至k点断裂 σk：断裂强度

5.1弹性和粘弹性5.1.1弹性变形的本质在外力作用下物体产生变形，当外力去除后能回复原来的形状与大小5.1.2弹性变形的特征和弹性模量3虎克（Hooke)定律·正应力与正应变之间保持线性关系d:(a)0-Ec斜率s0吸引力·切应力与切应变之间保持线性关系t= G排斥力E：弹性模量；G：切变模量0(b)·泊松比V：横纵变形率之比图5.2（a）体系能量与原子间距的关系和E（b）原子间作用力和距离的关系G=2(1 +v)原子间距增大时将产生引力原子间距减小时将产生力

5.1 弹性和粘弹性 5.1.1 弹性变形的本质 在外力作用下物体产生变形，当外力去除后能回复原来的形状与大小 原子间距增大时将产生引力 原子间距减小时将产生斥力 5.1.2弹性变形的特征和弹性模量 虎克(Hooke)定律 • 正应力与正应变之间保持线性关系 σ= Eε • 切应力与切应变之间保持线性关系 τ= Gγ E：弹性模量；G：切变模量 • 泊松比v：横纵变形率之比 （ v） E G + = 2 1

弹性模量·原子离开平衡位置难易程度、原子间结合力强弱的物理量·技术意义：E称为材料的刚度，它表示材料在外载荷下抵抗弹性变形的能力·温度T，原子结合力下降，EI·原子密排面E最高，沿原子排列最疏的晶向E最低表5.2某些金属单晶体和多晶体的弹性模量（室温）E/GPaG/GPa单晶金属类别单晶多晶体多晶体最大值最小值最大值最小值铝76.163.770.328.424.526.1铜191.166.7129.875.430.648.3金116.742.978.042.018.827.0银115,143.082.743.719.330.3铅38.613.418.014.44.96.18铁272.7125.0115.859.9211.481.6钨384.6384.6411.0151.4151.4160.6镁锌钛铍50.642.944.718.216.717.3123.534.9100.748.727.339.4115.743.8一260.0-镍199.576.0

弹性模量 • 原子离开平衡位置难易程度、原子间结合力强弱的物理量 • 技术意义：E称为材料的刚度，它表示材料在外载荷下抵抗弹性变形的能力 • 温度 T↑， 原子结合力下降，E↓ • 原子密排面E最高，沿原子排列最疏的晶向E最低

5.1.3弹性的不完整性a.包申格效应：原先经过变形，然后反向加载时，弹性极限或屈服强度降低；·多循环后出现循环软化1250b弹性后效：应变滞后于外加应力00.2·可以减少振动，使振动幅度很快衰减下来10002·不利于精密仪器测试00.2a0/MPaP750500250O00.20.51.05时间e/%C.弹性滞后：应变落后于应力，应变应力曲线上形成封闭回线·加载时消耗于材料的变形功大于卸载时材料恢复所释放的变形功·多余的部分被材料内部所消耗，称之为内耗

5.1.3 弹性的不完整性 a. 包申格效应：原先经过变形，然后反向加载时，弹性极限或屈服强度降低； • 多循环后出现循环软化 b. 弹性后效：应变滞后于外加应力 • 可以减少振动，使振动幅度很快衰减下来 • 不利于精密仪器测试 c. 弹性滞后：应变落后于应力，应变应力曲线上形成封闭回线 • 加载时消耗于材料的变形功大于卸载时材料恢复所释放的变形功 • 多余的部分被材料内部所消耗，称之为内耗

5.1.4粘弹性粘性流动：非晶态固体和液体在很小外力作用下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牛顿粘性流动定律deg=ndtdeg(t)=E+n-dt应变落后于应力一→周期应力下应力应变曲线形成回线一存在内耗

5.1.4 粘弹性 粘性流动：非晶态固体和液体在很小外力作用下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 牛顿粘性流动定律 dt d  = 应变落后于应力 →周期应力下应力应变曲线形成回线 →存在内耗 t t E d d （ ）=  +