第五章-纳米晶材料的力学性能课件.ppt
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_05.gif)
《第五章-纳米晶材料的力学性能课件.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第五章-纳米晶材料的力学性能课件.ppt(25页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、5.1 纳米晶金属和合金的力学性能一、孔隙对性能的影响 v 图5-1显示了Pd和Cu纳米晶杨氏模量与孔隙率之间的函数关系。可以看出,杨氏模量随孔隙率的提高而降低。这已经被许多的力学模拟和计算结果所证实。Wachtman提出了一个孔隙率和杨氏模量之间的关系表达式: E=E0(1-f1p+f2p2) (5.1) 式中 p 是孔隙率,f1和f2分别等于1.9和0.9。对于相对低的孔隙率,P2可以忽略不计,于是近似地得到E/E0=1-1.9p。 杨氏模量孔隙率图5-2是Cu和Pd金属中,屈服应力随压实密度变化的关系曲线。 显然,屈服强度受到了压实密度的强烈影响。这可能是已经存在的孔隙为裂纹的扩展乃至材
2、料的断裂失效提供了初始位置。 密度二、屈服强度 多晶材料的屈服应力与其晶粒尺寸之间的关系遵循Hall-Petch关系, 即: (5.2) y是材料的屈服应力,0是摩擦应力,k是一个常数。这只是一个近似,更为一般的形式是d的指数为-n(0.3n0.7)。式(5.2)所列的Hall-Petch关系预测了应力会随着晶粒尺寸平方根的倒数的提高而提高。但是,一些研究结果显示,在粗晶粒材料中得到的这种Hall-Petch关系不能被很好地外推到晶粒尺寸小于1m的情况。 2/10kdy表表5-1 通过通过IGC法合成的纳米晶法合成的纳米晶Pd和和Cu的压缩屈服强度的压缩屈服强度试样号试样号压实温度压实温度 (
3、C)密度密度 (%理论理论)晶粒尺寸晶粒尺寸 (nm)屈服强度屈服强度(GPa)硬度硬度/3 (GPa)Pd133598.5541.151.0Pd218397.9381.101.131.1Pd3RT95.3240.750.75Cu110692.5190.650.77Cu210698.4200.850.87 可以看出,纳米晶Cu和Pd的屈服强度明显地比相对应的粗晶材料的强度要高,并且对材料的致密度有较强的依赖性。 图5-3 (a)是 Chokshi等人观察到的Cu和Pd纳米晶中的反Hall-Petch关系。(b)压缩实验比拉伸实验具有更高的正Hall-Petch关系斜率值。Chokshi等人认为
4、,纳米晶铜负的斜率是由于室温下快速扩散蠕变的出现造成的。Coble蠕变被认为是主要的变形机制,即: (5.3) 强 度MPa晶粒尺寸-1/2(nm-1/2)3150gbkTDd图5-4显示了300K时,应力分别为100MPa(a)和1000MPa(b)情况下,应变速率和晶粒尺寸之间的关系。从这个曲线可以看出,当晶粒尺寸小于20nm左右时,晶界扩散过程变得越来越重要。 晶粒尺寸,d(nm)应变速率晶粒尺寸,d(nm)应变速率图5-5显示了4种不同的金属Cu、Ni、Fe和Ti,当晶粒尺寸从微米到纳米范围内变化时其H-P关系的变化趋势。可以看出,在传统粗晶材料尺度范围内,数据点大多都是重合一致的。而
5、在纳米晶范围内,数据点分布显得非常离散,由此而得到的H-P关系明显偏离了微米晶材料的规律,斜率也有所减小。 屈服强度屈服强度屈服强度屈服强度传统传统传统传统三、延展性 在传统粗晶材料研究中,人们认为晶粒尺寸越小,材料的延展性会提高,因而,期待着当晶粒尺寸降低到纳米数量级后,可能使延展性有大幅度的改善。但实际上,已有的研究表明,当金属的晶粒尺寸25nm后,其延展性非常差,只有这些金属在传统晶粒尺寸范围内延展性的40%60%。 Koch认为纳米晶材料有限的延展性可能有以下3个主要原因:(1)加工过程中缺陷的引入(例如孔隙);(2)拉伸失稳;(3)裂纹的形核或者剪切失稳。以晶粒尺寸为函数来阐述不同的
6、塑性变形机制分子动力学模拟结果表明:(a)晶粒尺寸d1m,材料中的位错和加工硬化现象控制了塑性变形;(b)在最小的晶粒尺寸d10nm,其中晶内位错数量和活性有限,晶粒边界剪切被认为是主要的变形机制。(c)中间的晶粒尺寸范围(10nm1m)内,人们的理解仍然很少,正是这些不为人们所熟知的机理强烈地影响了材料的延展性。 图5-6(a)是在纳米尺度范围内,金属材料屈服强度和伸长率之间的关系曲线,随着强度的提高延展性明显降低。相比较来说,超细晶粒材料(ultrafine grained materials-UFG)(100nm500nm)在屈服强度提高的同时,具有较好的延展性(图5-6(b)。延伸率
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 第五 纳米 材料 力学性能 课件
![提示](https://www.taowenge.com/images/bang_tan.gif)
限制150内