材料韧化的基本原理学习教案

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1、会计学1材料材料(cilio)韧化的基本原理韧化的基本原理第一页，共13页。材料的强韧化材料的强韧化5 5 强化强化(qinghu)(qinghu)同时的增韧同时的增韧(1)(1)位错强化与塑性位错强化与塑性(sxng)(sxng)和韧性和韧性位错密度升高位错密度升高(shn o)会提高强度而降低塑性和韧性会提高强度而降低塑性和韧性。可动的未被锁住的位错对韧性的损害小于被沉淀物或固。可动的未被锁住的位错对韧性的损害小于被沉淀物或固溶原子锁住的位错。故提高可动位错密度对塑性和韧性均溶原子锁住的位错。故提高可动位错密度对塑性和韧性均有利。有利。(2)(2)固溶固溶强化与塑性强化与塑性固溶固溶强化强

2、化应在保证强度的同时应在保证强度的同时提高提高塑性。通过塑性。通过添加合添加合适的合金元素适的合金元素，如，如，Ni，可促进交滑移，改善塑性可促进交滑移，改善塑性。另外，另外，调整间隙原子的添加浓度调整间隙原子的添加浓度，实现强度和塑韧，实现强度和塑韧性的最佳配合。性的最佳配合。第1页/共13页第二页，共13页。材料的强韧化材料的强韧化(3)(3)细化晶粒与塑性细化晶粒与塑性(sxng)(sxng)细化晶粒既能提高强度，又能同时细化晶粒既能提高强度，又能同时(tngsh)(tngsh)优化塑优化塑性和韧性，是目前公认最佳的实现材料强韧化的途性和韧性，是目前公认最佳的实现材料强韧化的途径。径。(

3、4)(4)沉淀沉淀(chndin)(chndin)相颗粒与塑性相颗粒与塑性沉淀颗粒会通过弥散强化提高基体的强度和硬度，但可能会沉淀颗粒会通过弥散强化提高基体的强度和硬度，但可能会明显降低明显降低塑性和韧性。尤其，条带状、片状析出物塑性和韧性。尤其，条带状、片状析出物，以及沿晶界网状析出的沉淀相，均显著降低材料，以及沿晶界网状析出的沉淀相，均显著降低材料塑性。塑性。减少沉淀相减少沉淀相的析出数量，的析出数量，改善改善沉淀相沉淀相的形状和分布状的形状和分布状态态，可改善材料塑性。，可改善材料塑性。第2页/共13页第三页，共13页。材料的强韧化材料的强韧化二、高聚物的韧化原理二、高聚物的韧化原理(y

4、unl)(1) (1) 增塑剂与冲击韧性增塑剂与冲击韧性添加添加(tin ji)(tin ji)增塑剂使分子间作用力减小，链段以至大分增塑剂使分子间作用力减小，链段以至大分子容易运动，使高分子材料的冲击韧性提高。子容易运动，使高分子材料的冲击韧性提高。(2) (2) 分子结构、相对分子结构、相对(xingdu)(xingdu)分子质量分子质量与冲击韧性与冲击韧性如果大分子结构和分子间作用力的作用使高分子材如果大分子结构和分子间作用力的作用使高分子材料的堆砌密度小，玻璃化温度低时，冲击韧性则高料的堆砌密度小，玻璃化温度低时，冲击韧性则高。如果大分子链的柔顺性好，可提高结晶性高分子材料的结如果大分

5、子链的柔顺性好，可提高结晶性高分子材料的结晶能力，结晶度高则会使冲击韧性下降。晶能力，结晶度高则会使冲击韧性下降。第3页/共13页第四页，共13页。材料的强韧化材料的强韧化相对分子质量增大使分子键的缠结点增多相对分子质量增大使分子键的缠结点增多(zn (zn du)du)，有利于伸长率和强度的提高，两者又使高分，有利于伸长率和强度的提高，两者又使高分子材料的冲击韧性获得改善。子材料的冲击韧性获得改善。(3) (3) 嵌段共聚嵌段共聚(gngj)(gngj)与冲击韧性与冲击韧性在玻璃化温度高的链段之间嵌入玻璃化温度低的链段可发挥良在玻璃化温度高的链段之间嵌入玻璃化温度低的链段可发挥良好好(lin

6、gho)(lingho)的配合作用，既保证高的强度和硬度，又又好的的配合作用，既保证高的强度和硬度，又又好的韧性。韧性。(4) (4) 共混与冲击韧性共混与冲击韧性与橡胶态高聚物掺混的树脂。橡胶颗粒的承载作用与橡胶态高聚物掺混的树脂。橡胶颗粒的承载作用第4页/共13页第五页，共13页。三、无机三、无机(wj)非金属材料的韧化机理非金属材料的韧化机理(1) (1) 相变增韧相变增韧ZrO2ZrO2陶瓷中四方相的陶瓷中四方相的ZrO2ZrO2向单斜相的向单斜相的ZrO2ZrO2转变，伴随有转变，伴随有体积膨胀。当有较大外应力作用时，基体的约束作用减体积膨胀。当有较大外应力作用时，基体的约束作用减弱

7、弱(jinru)(jinru)，促进相变，会引发微裂纹，从而消除应，促进相变，会引发微裂纹，从而消除应力集中，吸收了主裂纹扩展的能量，提高断裂韧性。力集中，吸收了主裂纹扩展的能量，提高断裂韧性。材料的强韧化材料的强韧化第5页/共13页第六页，共13页。(2) (2) 微裂纹微裂纹(li wn)(li wn)增韧增韧大多数情况下，陶瓷材料中存在裂纹。如果在主裂大多数情况下，陶瓷材料中存在裂纹。如果在主裂纹尖端存在相变诱导微裂纹区，由微裂纹吸收裂纹纹尖端存在相变诱导微裂纹区，由微裂纹吸收裂纹扩展过程中的能量，则可有效阻止扩展过程中的能量，则可有效阻止(zzh)(zzh)主裂纹主裂纹的扩展，起到增韧

8、的目的。的扩展，起到增韧的目的。材料的强韧化材料的强韧化第6页/共13页第七页，共13页。材料科学基础材料科学基础第十章第三节第十章第三节第7页/共13页第八页，共13页。一、金属材料强韧一、金属材料强韧(qin rn)(qin rn)化的例子化的例子材料的强韧化材料的强韧化低碳马氏体钢的强韧低碳马氏体钢的强韧(qin (qin rn)rn)化化(1)(1)碳的间隙碳的间隙(jin x)(jin x)固溶强化固溶强化(2)(2)碳化物碳化物( (回火时产生回火时产生) )的沉淀颗粒强化的沉淀颗粒强化第8页/共13页第九页，共13页。材料的强韧化材料的强韧化(3)(3)亚结构为高密度位错亚结构为

9、高密度位错, , 位错强化位错强化(qinghu)(qinghu)作作用用(4)(4)可动位错缓解局部应力集中可动位错缓解局部应力集中(jzhng), (jzhng), 延缓延缓裂纹产生裂纹产生, , 塑性和韧性塑性和韧性(5)(5)残余奥氏体薄膜阻挡裂纹扩展残余奥氏体薄膜阻挡裂纹扩展, , 塑性塑性(sxng)(sxng)和韧性和韧性第9页/共13页第十页，共13页。材料的强韧化材料的强韧化二、高分子材料二、高分子材料(cilio)(cilio)强韧化的例子强韧化的例子三、陶瓷材料强韧三、陶瓷材料强韧(qin rn)(qin rn)化的例子化的例子AlAl2 2OO3 3-ZrO-ZrO2

10、2 +Y+Y2 2OO3 3 (ZTA)(ZTA)陶瓷陶瓷材料材料第10页/共13页第十一页，共13页。材料的强韧化材料的强韧化四、复合材料四、复合材料(f h ci lio)(f h ci lio)的强韧化的强韧化 AlAl2 2O O3 3 /Al-1.5Mg /Al-1.5Mg复合材料棒材复合材料棒材(a)(a)纵向纵向 (b)(b)横向横向纤维增强纤维增强(zngqing)(zngqing)复合材复合材料料第11页/共13页第十二页，共13页。材料的强韧化材料的强韧化颗粒颗粒(kl)(kl)增强复合增强复合材料材料 粉末增强剂发生团聚粉末增强剂发生团聚; ;改善增强粉末聚合体与基体的润湿程度改善增强粉末聚合体与基体的润湿程度第12页/共13页第十三页，共13页。