材料韧化的基本原理优秀课件.ppt

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1、材料韧化的基本原理第1页，本讲稿共14页材料的强韧化材料的强韧化一、金属材料的韧化原理一、金属材料的韧化原理改善材料的韧性改善材料的韧性的的基本途径基本途径1 1 减少诱发微裂纹的组成相减少诱发微裂纹的组成相2 2 提高基体的塑性提高基体的塑性材料的韧性是强度和塑性的综合体现材料的韧性是强度和塑性的综合体现3 3 增加组织的塑性形变均匀性（减少应力集中）增加组织的塑性形变均匀性（减少应力集中）4 4 避免晶界弱化，防止裂纹沿晶界的形核和扩展避免晶界弱化，防止裂纹沿晶界的形核和扩展第2页，本讲稿共14页材料的强韧化材料的强韧化5 5 强化同时的增韧强化同时的增韧(1)(1)位错位错强化与塑性和韧

2、性强化与塑性和韧性位位错错密密度度升升高高会会提提高高强强度度而而降降低低塑塑性性和和韧韧性性。可可动动的的未未被被锁锁住住的的位位错错对对韧韧性性的的损损害害小小于于被被沉沉淀淀物物或或固固溶溶原原子子锁住的位错。故锁住的位错。故提高可动位错密度提高可动位错密度对塑性和韧性均有利。对塑性和韧性均有利。(2)(2)固溶固溶强化与塑性强化与塑性固固溶溶强强化化应应在在保保证证强强度度的的同同时时提提高高塑塑性性。通通过过添添加加合合适适的合金元素的合金元素，如，如，Ni，可促进交滑移，改善塑性。可促进交滑移，改善塑性。另另外外，调调整整间间隙隙原原子子的的添添加加浓浓度度，实实现现强强度度和和塑

3、塑韧韧性性的的最佳配合。最佳配合。第3页，本讲稿共14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细细化化晶晶粒粒既既能能提提高高强强度度，又又能能同同时时优优化化塑塑性性和和韧韧性性，是是目前公认最佳的目前公认最佳的实现材料强韧化实现材料强韧化的途径。的途径。(4)(4)沉淀相颗粒与塑性沉淀相颗粒与塑性沉沉淀淀颗颗粒粒会会通通过过弥弥散散强强化化提提高高基基体体的的强强度度和和硬硬度度，但但可可能能会会明明显显降降低低塑塑性性和和韧韧性性。尤尤其其，条条带带状状、片片状状析析出出物物，以以及及沿沿晶晶界界网网状状析析出出的的沉沉淀淀相相，均均显显著著降降低低材材料料塑性

4、。塑性。减减少少沉沉淀淀相相的的析析出出数数量量，改改善善沉沉淀淀相相的的形形状状和和分分布布状状态态，可改善材料塑性。可改善材料塑性。第4页，本讲稿共14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(1)(1)增塑剂与冲击韧性增塑剂与冲击韧性添添加加增增塑塑剂剂使使分分子子间间作作用用力力减减小小，链链段段以以至至大大分分子子容容易易运运动，使高分子材料的冲击韧性提高。动，使高分子材料的冲击韧性提高。(2)(2)分子结构、相对分子质量与冲击韧性分子结构、相对分子质量与冲击韧性如如果果大大分分子子结结构构和和分分子子间间作作用用力力的的作作用用使使高高分分子子材材料料的的

5、堆堆砌密度小，玻璃化温度低时，冲击韧性则高。砌密度小，玻璃化温度低时，冲击韧性则高。如如果果大大分分子子链链的的柔柔顺顺性性好好，可可提提高高结结晶晶性性高高分分子子材材料料的的结结晶晶能能力，结晶度高则会使冲击韧性下降。力，结晶度高则会使冲击韧性下降。第5页，本讲稿共14页材料的强韧化材料的强韧化相相对对分分子子质质量量增增大大使使分分子子键键的的缠缠结结点点增增多多，有有利利于于伸伸长长率率和和强度的提高，两者又使高分子材料的冲击韧性获得改善。强度的提高，两者又使高分子材料的冲击韧性获得改善。(3)(3)嵌段共聚与冲击韧性嵌段共聚与冲击韧性在在玻玻璃璃化化温温度度高高的的链链段段之之间间嵌

6、嵌入入玻玻璃璃化化温温度度低低的的链链段段可可发发挥挥良良好好的的配配合合作作用用，既既保保证证高高的的强强度度和和硬硬度度，又又又又好好的韧性。的韧性。(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6页，本讲稿共14页三、无机非金属材料的韧化机理三、无机非金属材料的韧化机理(1)(1)相变增韧相变增韧ZrOZrO2 2陶陶瓷瓷中中四四方方相相的的ZrOZrO2 2向向单单斜斜相相的的ZrOZrO2 2转转变变，伴伴随随有有体体积积膨膨胀胀。当当有有较较大大外外应应力力作作用用时时，基基体体的的约约束束作作用用

7、减减弱弱，促促进进相相变变，会会引引发发微微裂裂纹纹，从从而而消消除除应应力力集集中中，吸吸收收了了主主裂裂纹纹扩扩展展的的能能量，提高断裂韧性。量，提高断裂韧性。材料的强韧化材料的强韧化第7页，本讲稿共14页(2)(2)微裂纹增韧微裂纹增韧大大多多数数情情况况下下，陶陶瓷瓷材材料料中中存存在在裂裂纹纹。如如果果在在主主裂裂纹纹尖尖端端存存在在相相变变诱诱导导微微裂裂纹纹区区，由由微微裂裂纹纹吸吸收收裂裂纹纹扩扩展展过过程程中中的能量的能量，则可有效阻止主裂纹的扩展，起到增韧的目的。，则可有效阻止主裂纹的扩展，起到增韧的目的。材料的强韧化材料的强韧化第8页，本讲稿共14页材料科学基础材料科学基

8、础第十章第三节第十章第三节 材料强韧化方法示例材料强韧化方法示例第9页，本讲稿共14页一、一、金属材料金属材料强韧化的例子强韧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化低碳马氏体钢的强韧化(1)(1)碳的间隙固溶强化碳的间隙固溶强化(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10页，本讲稿共14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高密度位错,位错强化作用位错强化作用(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,延缓裂纹产生延缓裂纹产生,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

9、阻挡裂纹扩展,塑性和韧性塑性和韧性第11页，本讲稿共14页材料的强韧化材料的强韧化二、二、高分子高分子材料材料强韧化的例子强韧化的例子三、三、陶瓷陶瓷材料材料强韧化的例子强韧化的例子AlAl2 2OO3 3-ZrO-ZrO2 2+Y+Y2 2OO3 3 (ZTA)(ZTA)陶瓷陶瓷材料材料第12页，本讲稿共14页材料的强韧化材料的强韧化四、四、复合材料复合材料的的强韧化强韧化 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)横向横向纤维增强复合材料纤维增强复合材料第13页，本讲稿共14页材料的强韧化材料的强韧化颗粒增强复合材料颗粒增强复合材料 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14页，本讲稿共14页