材料科学基础之热变形

回回 复复n回复动力学回复动力学n回复机制回复机制n回复的应用回复的应用剩余应变硬化分数剩余应变硬化分数lnQtRT常数不同温度具有不同的回复机制不同温度具有不同的回复机制主要用作去应力退火主要用作去应力退火再结晶再结晶n再结晶温度再结晶温度n再结晶动力学曲线再结晶动力学曲线n再结晶温度晶粒尺寸再结晶温度晶粒尺寸lnQtRT常数再结晶再结晶变形量变形量温度温度再再结结晶晶温温度度再结晶尺寸再结晶尺寸临界变形量临界变形量a 正常再结晶正常再结晶 b 正常晶粒长大正常晶粒长大 c 异常晶粒长大异常晶粒长大Mg-3Al-0.8Zn合金退火组织合金退火组织二次再结晶二次再结晶晶粒长大晶粒长大“大吞并小大吞并小”“凹面变平凹面变平”12tDK t具有极限尺寸2202ln()lntmQDDKtRT产生条件产生条件5.4 热变形热变形定义定义过程过程加工加工硬化硬化和动态回复及再结晶引和动态回复及再结晶引起的起的软化软化同时存在同时存在，组织和性能，组织和性能取决于它们之间相互抵消的程度。取决于它们之间相互抵消的程度。高应变速率高应变速率低应变速率低应变速率硬硬化化阶阶段段硬硬化化阶阶段段软化软化开始开始并逐并逐渐增渐增强强软化软化开始开始并逐并逐渐作渐作为主为主导导硬化软化达到动态平衡硬化软化达到动态平衡硬化软化达到动态平衡硬化软化达到动态平衡等轴晶粒的晶界呈锯齿状，等轴晶粒的晶界呈锯齿状，晶内存在缠结位错的亚结构晶内存在缠结位错的亚结构流变应力流变应力 反比反比形变速率形变速率形变温度形变温度纤维状拉长晶粒的内部保持等纤维状拉长晶粒的内部保持等轴状亚晶粒，亚晶内位错密度轴状亚晶粒，亚晶内位错密度较低，胞壁处位错密度较高。较低，胞壁处位错密度较高。反复形核、有限长大反复形核、有限长大流变应力流变应力 反比反比形变速率形变速率形变温度形变温度硬化和软化同时进行，硬化和软化同时进行，最终保持动态平衡最终保持动态平衡相同流变应力时，相同流变应力时，动态再结晶材料的晶粒尺寸要动态再结晶材料的晶粒尺寸要小于静态再结晶的晶粒尺寸；小于静态再结晶的晶粒尺寸；相同晶粒大小时，相同晶粒大小时，动态再结晶材料的强度和硬度动态再结晶材料的强度和硬度要高于静态再结晶材料。要高于静态再结晶材料。通过动态回复和动态再结晶，晶粒内部形成了亚通过动态回复和动态再结晶，晶粒内部形成了亚晶粒，使材料的强度、韧性提高，晶粒，使材料的强度、韧性提高，通过对热加工的通过对热加工的控制，使亚晶细化而产生强化控制，使亚晶细化而产生强化 亚组织强化亚组织强化。如建筑用铝镁合金采用热挤压法保留动态回复组如建筑用铝镁合金采用热挤压法保留动态回复组织用于提高使用强度。织用于提高使用强度。改善铸态组织；改善铸态组织；形成流线和带状组织；形成流线和带状组织；晶粒尺寸及亚结构的细化。晶粒尺寸及亚结构的细化。消除方法：消除方法：1）避免在两相区变形；）避免在两相区变形；2）减少夹杂和偏析；）减少夹杂和偏析；3）完全退火加正火）完全退火加正火0skd屈服强度屈服强度亚晶尺寸亚晶尺寸d 控制好热加工的控制好热加工的变形速率变形速率、温度温度、每道次的每道次的应变量应变量和和间隔时间间隔时间，以及，以及冷却速度冷却速度。就可以调整。就可以调整热加工材料的晶粒度和强度。热加工材料的晶粒度和强度。很多构件长期在高温条件下运转。例如，航空发动机叶很多构件长期在高温条件下运转。例如，航空发动机叶片的使用温度高达片的使用温度高达1000，用，用Cr-Mo-V钢制造的汽轮机转子钢制造的汽轮机转子使用温度约为使用温度约为550等。等。长时间的高温受力件必须考虑它们的高温力学性能长时间的高温受力件必须考虑它们的高温力学性能 蠕变特性蠕变特性(蠕变强度、蠕变速率蠕变强度、蠕变速率)5.4.3 蠕蠕 变变当温度当温度T0.3Tm时，金属材料在恒载荷时，金属材料在恒载荷(通常通常s)的持续作的持续作用下，应变随时间增加而增大，发生与时间相关的塑性用下，应变随时间增加而增大，发生与时间相关的塑性变形。变形。蠕变在较低温度下也会发生，但只有当约比温度大于蠕变在较低温度下也会发生，但只有当约比温度大于0.3时才比较显著，并且应变速率非常小时才比较显著，并且应变速率非常小(通常通常10E-3)。1、蠕变曲线、蠕变曲线 发生蠕变时的应变与时间关系曲线称为蠕变曲线。发生蠕变时的应变与时间关系曲线称为蠕变曲线。根据蠕变速率的变化情况根据蠕变速率的变化情况可以将蠕变过程分为三个可以将蠕变过程分为三个阶段：阶段：典型蠕变曲线典型蠕变曲线 第一阶段（第一阶段（ab段）蠕变速率随时间而逐渐减小，称为段）蠕变速率随时间而逐渐减小，称为减速蠕变阶段减速蠕变阶段；第二阶段（第二阶段（bc段）蠕变速率保持恒定，又称段）蠕变速率保持恒定，又称恒速蠕变或稳态蠕变阶段恒速蠕变或稳态蠕变阶段，第三阶段（第三阶段（cd段）蠕变速率随时间延长急剧增大直至断裂，称为段）蠕变速率随时间延长急剧增大直至断裂，称为加速蠕变阶段加速蠕变阶段减速蠕减速蠕变阶段变阶段瞬时瞬时应变应变恒速蠕变阶段恒速蠕变阶段加速蠕加速蠕变阶段变阶段加工加工硬化硬化加工硬化与回复加工硬化与回复软化相平衡软化相平衡最小蠕最小蠕变速率变速率空洞或裂空洞或裂纹形成纹形成 蠕变曲线各阶段持续时间的长短随材料和试验条蠕变曲线各阶段持续时间的长短随材料和试验条件（件（T 和和）而变化）而变化等温曲线（等温曲线（4321）等压力曲线（等压力曲线（T4T3T2T1）同一种材料的蠕变曲线随着温度和应力的增高，蠕变第二阶同一种材料的蠕变曲线随着温度和应力的增高，蠕变第二阶段变短，直至完全消失，在高温下的服役寿命大大缩短。段变短，直至完全消失，在高温下的服役寿命大大缩短。蠕变过程最重要的参数是稳态的蠕变速率，蠕变过程最重要的参数是稳态的蠕变速率，蠕蠕变寿命变寿命和和总的伸长率总的伸长率都取决于它。都取决于它。exp()nsQCRT可通过测定恒应力下的稳态蠕变速率与温度的关系求得可通过测定恒应力下的稳态蠕变速率与温度的关系求得Q蠕变表征参量蠕变表征参量 稳态蠕变速率稳态蠕变速率实验测得的许多金属与陶瓷的稳态蠕变阶段激活能都与自实验测得的许多金属与陶瓷的稳态蠕变阶段激活能都与自扩散激活能非常接近，说明稳态蠕变过程是由扩散机制控扩散激活能非常接近，说明稳态蠕变过程是由扩散机制控制的，可看做应力作用下原子流的扩散。制的，可看做应力作用下原子流的扩散。Q：蠕变激活能：蠕变激活能n：应力指数（对金属约为：应力指数（对金属约为37）由于面心立方由于面心立方Fe的扩散系数只有的扩散系数只有aFe的的1/350，其蠕变，其蠕变速率也只有速率也只有aFe的的1/200，因此高温合金多是以，因此高温合金多是以 Fe或面或面心立方金属为基的合金。心立方金属为基的合金。2、蠕变机制、蠕变机制 1）位错蠕变位错蠕变：滑移为变形方式之一，当滑移受阻，在高：滑移为变形方式之一，当滑移受阻，在高温（温（0.3Tm）下刃型位错可借助热激活攀移到邻近的）下刃型位错可借助热激活攀移到邻近的滑移面上继续滑移。减速蠕变阶段主要是滑移引起的加滑移面上继续滑移。减速蠕变阶段主要是滑移引起的加工硬化和高温动态回复中工硬化和高温动态回复中刃型位错的攀移刃型位错的攀移形成软化相博形成软化相博弈，两者相等时，就进入第二阶段，形成稳态蠕变。弈，两者相等时，就进入第二阶段，形成稳态蠕变。2）扩散蠕变扩散蠕变：在更高温（：在更高温（0.9Tm）且低应力下，或）且低应力下，或位错能动性差的情况下，主要通过位错能动性差的情况下，主要通过空位定向扩散空位定向扩散来进来进行软化行软化。3）晶界滑动蠕变晶界滑动蠕变：高温下，晶界上的原子容易扩散，：高温下，晶界上的原子容易扩散，受力后易产生滑动，也促进了蠕变的进行受力后易产生滑动，也促进了蠕变的进行。扩散蠕变扩散蠕变：应力梯度引起的空位扩散流是扩散蠕变的主要机制应力梯度引起的空位扩散流是扩散蠕变的主要机制 晶界受到拉力后，在垂直于晶界受到拉力后，在垂直于拉力方向的晶界空位形成能拉力方向的晶界空位形成能较低，空位数目多，在平行较低，空位数目多，在平行于力轴方向的晶界空位形成于力轴方向的晶界空位形成能较高，空位数目少，其间能较高，空位数目少，其间的的空位浓度差使原子定向扩空位浓度差使原子定向扩散散，从而产生晶体变形，从而产生晶体变形。超塑性变形能极大地发挥变形材料的塑性潜力，大大超塑性变形能极大地发挥变形材料的塑性潜力，大大降低变形抗力，有利于复杂零件的精确成形，对于难降低变形抗力，有利于复杂零件的精确成形，对于难成形的合金材料，如钛合金、镁合金以及某些高合金成形的合金材料，如钛合金、镁合金以及某些高合金钢等具有重要的意义。钢等具有重要的意义。某些金属材料在某些金属材料在特定条件下拉伸特定条件下拉伸时，可以使材料时，可以使材料在较在较低的流动应力下低的流动应力下，得到，得到延伸率高达延伸率高达500%2000%的均的均匀塑形变形匀塑形变形，而，而不发生缩颈不发生缩颈，这种特性叫做，这种特性叫做超塑性超塑性.5.4.4 超塑性超塑性不产生缩颈不产生缩颈 和和 获得高延伸率获得高延伸率 是衡量材料超塑性的两是衡量材料超塑性的两项指标。项指标。原 始原 始试样试样拉 伸拉 伸试样试样BiSn挤压材料在慢速拉伸下获得大的延伸率挤压材料在慢速拉伸下获得大的延伸率（1950）实现组织超塑性的条件：实现组织超塑性的条件：（1）材料本身具有细小、等轴、稳定的复相组织）材料本身具有细小、等轴、稳定的复相组织 晶粒直径小于晶粒直径小于10um，一般在，一般在0.55.0m，由两相组成，第二，由两相组成，第二相可阻碍晶粒长大，保证在热加工过程中晶粒不会显著长大相可阻碍晶粒长大，保证在热加工过程中晶粒不会显著长大此类材料有共晶合金、共析合金和析出型合金此类材料有共晶合金、共析合金和析出型合金（2）在高温下变形）在高温下变形超塑性加工温度一般在（超塑性加工温度一般在（0.50.65）Tm 超塑性变形行为不同于动态回复和动态再结晶超塑性变形行为不同于动态回复和动态再结晶（3）低的应变速率和高的应变速率敏感系数）低的应变速率和高的应变速率敏感系数超塑性的应变速率一般在超塑性的应变速率一般在10-210-4mm/s，以保证晶界扩散得，以保证晶界扩散得以顺利进行。以顺利进行。1 1、超塑性的表征（力学性能指标）、超塑性的表征（力学性能指标）获得获得高延伸率高延伸率和和不产生缩颈不产生缩颈是衡量材料超塑性的两是衡量材料超塑性的两项指标。用项指标。用应变速率敏感系数应变速率敏感系数m表示抗缩颈能力。表示抗缩颈能力。(,)mTK m m：lg-lglg-lg关系曲线关系曲线的斜率的斜率21,21lglglg()lglglgTmm越大，表示应力对应变速率越敏感，越有利于获得超塑性。越大，表示应力对应变速率越敏感，越有利于获得超塑性。通常晶粒越细，通常晶粒越细，m值越大，故获得微晶是组织超塑性的关键。值越大，故获得微晶是组织超塑性的关键。当试样要发生缩颈时，缩颈处的应变速率比均匀变形的当试样要发生缩颈时，缩颈处的应变速率比均匀变形的应变速率大很多，如果具有高的应变速率大很多，如果具有高的m，导致该处的局部应，导致该处的局部应力快速升高形成硬化，抑制缩颈的进一步形成，将变形力快速升高形成硬化，抑制缩颈的进一步形成，将变形传播到其他部位传播到其他部位增大延伸率增大延伸率位向趋于混乱位向趋于混乱2 2、超塑性的本质、超塑性的本质晶界滑动、晶界扩散和晶粒转动晶界滑动、晶界扩散和晶粒转动多数观点认为由晶界的滑动和晶粒旋转为主，伴有晶界原子多数观点认为由晶界的滑动和晶粒旋转为主，伴有晶界原子的扩散性迁移所致。的扩散性迁移所致。试验证明超塑性中的试验证明超塑性中的晶界滑动晶界滑动不是简单的晶粒相对滑动，而不是简单的晶粒相对滑动，而是在晶界附近很薄的一层区域内发生了形变。由于形变在晶是在晶界附近很薄的一层区域内发生了形变。由于形变在晶界附近产生很大的畸变，高温下首先回复而发生软化，使形界附近产生很大的畸变，高温下首先回复而发生软化，使形变得以不断在这些区域进行而引起所谓的晶界滑动。变得以不断在这些区域进行而引起所谓的晶界滑动。晶界滑动同时发生晶界滑动同时发生晶界扩散晶界扩散，以使晶粒保持联系而不致断开。，以使晶粒保持联系而不致断开。晶界扩散与空位运动有关，在应力作用下，空位由垂直于应晶界扩散与空位运动有关，在应力作用下，空位由垂直于应力的受拉晶界流向平行于应力的受压晶界，原子则反向迁移，力的受拉晶界流向平行于应力的受压晶界，原子则反向迁移，从而造成拉伸方向的应变。从而造成拉伸方向的应变。超塑变形通过晶界的滑动与扩散，造成超塑变形通过晶界的滑动与扩散，造成晶粒的换位晶粒的换位，并由此，并由此产生试样形状的宏观变化，这与普通塑变的变形量由每个晶产生试样形状的宏观变化，这与普通塑变的变形量由每个晶粒的相应变形量所贡献而不同。粒的相应变形量所贡献而不同。a.四个六边形四个六边形等轴晶粒在应等轴晶粒在应力作用下，发力作用下，发生晶界滑动生晶界滑动(d)(e)b.在应力作用在应力作用下发生晶界滑下发生晶界滑动，同时依靠动，同时依靠晶界扩散，保晶界扩散，保持联结持联结 c.四个晶粒发四个晶粒发生转动，形成生转动，形成新的组态，仍新的组态，仍保持等轴晶粒保持等轴晶粒 晶界滑动和扩散迁移作用下发生微晶超塑变形机制示意图晶界滑动和扩散迁移作用下发生微晶超塑变形机制示意图(a)(b)(c)晶粒转换机制的二维表示法晶粒转换机制的二维表示法 2000年卢柯：年卢柯：纳米金属材料纳米金属材料在室温下具有在室温下具有超塑性超塑性 超塑性变形超塑性变形中，晶界滑动中，晶界滑动产生的应变在产生的应变在总应变中的贡总应变中的贡献为献为 50%70%。d、e.伴随定向扩散的晶界滑动机制，虚线箭头代表体扩散方向伴随定向扩散的晶界滑动机制，虚线箭头代表体扩散方向（1）超塑性变形后合金仍保持均匀细小的等轴晶组织，超塑性变形后合金仍保持均匀细小的等轴晶组织，不存在织构，所以不产生各向异性，且不存在织构，所以不产生各向异性，且具有较高的抗应具有较高的抗应变能力变能力。（2）超塑性成形时，由于变形温度稳定、变形速度缓慢，超塑性成形时，由于变形温度稳定、变形速度缓慢，所以零件内部不存在弹性畸变能，所以零件内部不存在弹性畸变能，变形后没有残余应力变形后没有残余应力。（3）高铬高镍不锈钢经超塑性变形后，形成细微的双相混）高铬高镍不锈钢经超塑性变形后，形成细微的双相混合组织，合组织，具有很高的抗疲劳强度具有很高的抗疲劳强度。超塑合金具有和高温聚合物和高温玻璃流动相似的特征；超塑合金具有和高温聚合物和高温玻璃流动相似的特征；可以采用塑料工业和玻璃工业的成型方法加工，如像吹玻可以采用塑料工业和玻璃工业的成型方法加工，如像吹玻璃那样吹制金属制品，像塑料那样压制精密件；璃那样吹制金属制品，像塑料那样压制精密件；目前已在多种合金中实现了超塑性，但在实际生产中，由目前已在多种合金中实现了超塑性，但在实际生产中，由于生产效率等方面的原因，只有那些难于热变形、零件形于生产效率等方面的原因，只有那些难于热变形、零件形状很复杂、又有重要用途的零部件才考虑采用超塑成型状很复杂、又有重要用途的零部件才考虑采用超塑成型高温合金高温合金INCONEL718的超塑性成形的超塑性成形航天器件航天器件 双 相 不 锈 钢双 相 不 锈 钢超 塑 性 成 形超 塑 性 成 形的航天器件的航天器件 热变形部分小结热变形部分小结热变形热变形：形成细小等轴晶及位错缠结的亚结构，夹杂、偏形成细小等轴晶及位错缠结的亚结构，夹杂、偏析和第二相表现为流线组织，致密度和顺流线方向的力学析和第二相表现为流线组织，致密度和顺流线方向的力学性能都优于铸态或（冷变形热处理）材料。性能都优于铸态或（冷变形热处理）材料。注意注意：要避免在两相区变形形成带状组织；：要避免在两相区变形形成带状组织；取材时注意材料的热轧方向。取材时注意材料的热轧方向。蠕变蠕变：定义、蠕变曲线、最小蠕变速率、蠕变激活能定义、蠕变曲线、最小蠕变速率、蠕变激活能 注意注意：稳态蠕变阶段的主要变形机制：稳态蠕变阶段的主要变形机制扩散蠕变扩散蠕变超塑性超塑性：定义、应变速率敏感系数定义、应变速率敏感系数 获得超塑性的三个条件；获得超塑性的三个条件；超塑性变形的组织结构特点。超塑性变形的组织结构特点。陶瓷材料的特点：脆，硬，难以变形陶瓷材料的特点：脆，硬，难以变形 结构特点：结构特点：陶瓷晶体：以共价键和离子键为主要结合键陶瓷晶体：以共价键和离子键为主要结合键 陶瓷非晶：玻璃化温度陶瓷非晶：玻璃化温度Tg5.5 陶瓷材料变形的特点陶瓷材料变形的特点键能高、派纳力大键能高、派纳力大先天性微裂纹先天性微裂纹显微组织特点：显微组织特点：多晶：主晶相，晶界玻璃相，疏松气孔；多晶：主晶相，晶界玻璃相，疏松气孔；非晶：玻璃相，气孔；非晶：玻璃相，气孔；同号静电斥力作用使同号静电斥力作用使位错运动有方向性位错运动有方向性制备工艺：烧结，多孔，热应力，微裂纹制备工艺：烧结，多孔，热应力，微裂纹 弹性变形弹性变形黏性流动黏性流动 共价键具有方向性和饱和性，具有较高的抗晶格畸变和阻共价键具有方向性和饱和性，具有较高的抗晶格畸变和阻碍位错运动的能力；同时共价晶体结构复杂，滑移系很少；碍位错运动的能力；同时共价晶体结构复杂，滑移系很少；并且共价晶体中的位错宽度较窄，导致并且共价晶体中的位错宽度较窄，导致P-N力高。力高。离子键水平或垂直滑移时要受到同号离子的排斥，而沿离子键水平或垂直滑移时要受到同号离子的排斥，而沿45方向运动时变形容易一些，在单晶中可表现出一定塑性方向运动时变形容易一些，在单晶中可表现出一定塑性 但由于变形具有方向性，实际可开动的滑移系较少，作为多但由于变形具有方向性，实际可开动的滑移系较少，作为多晶体往往独立滑移系不够晶体往往独立滑移系不够5个，在室温下几乎都是脆性的个，在室温下几乎都是脆性的。共价键陶瓷晶体无论共价键陶瓷晶体无论单晶还是多晶都很脆单晶还是多晶都很脆离子键单晶陶瓷具有一定离子键单晶陶瓷具有一定塑性，但多晶陶瓷仍很脆塑性，但多晶陶瓷仍很脆 大多数工业用的陶瓷都是多晶体，室温静拉伸时几乎都大多数工业用的陶瓷都是多晶体，室温静拉伸时几乎都是脆性的。其应力应变曲线一般通过是脆性的。其应力应变曲线一般通过弯曲实验弯曲实验得到。得到。室温室温高温下还会发生蠕变高温下还会发生蠕变和黏性流动和黏性流动弯曲实验的最大应力弯曲实验的最大应力 断裂应力断裂应力 抗弯强度抗弯强度 Al2O3拉伸断裂应力拉伸断裂应力 280MPa1）拉伸样品制备困难；）拉伸样品制备困难；2）拉伸实验与压缩实验结果差别很大（）拉伸实验与压缩实验结果差别很大（510倍）倍）Al2O3压缩压缩断裂应力断裂应力 2100MPa陶瓷材料力学性能特点陶瓷材料力学性能特点 陶瓷晶体的弹性模量和强度都是陶瓷晶体的弹性模量和强度都是组织敏感参数组织敏感参数，压缩强度远高于抗拉强度压缩强度远高于抗拉强度（510倍），倍），抗拉强度由最大抗拉强度由最大裂纹尺寸决定；压缩强度由平均裂纹尺寸决定裂纹尺寸决定；压缩强度由平均裂纹尺寸决定。而金属的抗。而金属的抗拉强度和压缩强度一般相近。拉强度和压缩强度一般相近。弹性模量亦然。弹性模量亦然。弹性模量与孔隙率有关。弹性模量与孔隙率有关。理论强度和实际断裂强度相差理论强度和实际断裂强度相差1-31-3个数量级个数量级。只有晶须、只有晶须、纤维的实际强度才比较接近理论值纤维的实际强度才比较接近理论值。陶瓷晶体的陶瓷晶体的失效主要是由组织缺陷引起的失效主要是由组织缺陷引起的，表面裂纹、孔，表面裂纹、孔隙隙率率、相的种类与分布、相的种类与分布、夹杂以及制备时形成的大晶粒等，夹杂以及制备时形成的大晶粒等，由于没有能量吸收过程，一旦应力达到临界值，便形成裂纹由于没有能量吸收过程，一旦应力达到临界值，便形成裂纹并持续扩展至失稳断裂。并持续扩展至失稳断裂。20(1 1.90.9)EEPP（1 1）降低晶粒尺寸，改善组织均匀密实性，以尽量减降低晶粒尺寸，改善组织均匀密实性，以尽量减少组织中的各种杂质和缺陷。少组织中的各种杂质和缺陷。例如用热压法制造的例如用热压法制造的Si3N4陶瓷，几乎没有气孔，密度和陶瓷，几乎没有气孔，密度和强度都接近于理论值；强度都接近于理论值；将陶瓷制成纤维，甚至晶须，可以大大减小各种缺陷产生将陶瓷制成纤维，甚至晶须，可以大大减小各种缺陷产生的机率，能使强度提高的机率，能使强度提高12个数量级。个数量级。陶瓷材料的增韧陶瓷材料的增韧=增强增强（2 2）相变增韧相变增韧(受温度限制，通常受温度限制，通常800800以下）以下）外力作用诱发相变，并伴有体积膨胀，消耗外加能量，外力作用诱发相变，并伴有体积膨胀，消耗外加能量，使材料增韧。使材料增韧。（3 3）纤维或颗粒原位生长增强。纤维或颗粒原位生长增强。（4 4）表面残余压应力层增强（钢化玻璃）。）表面残余压应力层增强（钢化玻璃）。高聚物力学性能的最大特点高聚物力学性能的最大特点 5.6 高聚物的变形特点高聚物的变形特点高弹性高弹性粘弹性粘弹性温度和形变速温度和形变速度的影响很大度的影响很大温度升高，有机玻璃温度升高，有机玻璃的模量和强度下降，的模量和强度下降，断裂伸长率增加断裂伸长率增加脆化温度脆化温度降低形变速率的效降低形变速率的效果相当于升高温度果相当于升高温度高聚物的高聚物的结晶度结晶度和和交联程度交联程度不同，则变形特性不同：不同，则变形特性不同：结构超级复杂的结构超级复杂的多为非晶态；多为非晶态；少数结构简单、对称性高的少数结构简单、对称性高的部分结晶度部分结晶度交联程度低的交联程度低的 多为多为 热塑性：热塑性：交联程度高的交联程度高的 多为多为 热固性；热固性；弹性与粘度有关的塑性弹性与粘度有关的塑性脆性脆性不同高分子具有不同的应力应变曲线不同高分子具有不同的应力应变曲线P224 图图5.82一、热塑性聚合物的冷变形一、热塑性聚合物的冷变形颈缩区扩大；颈缩区扩大；200%300%出现缩颈出现缩颈键长、键角键长、键角变化引起的变化引起的普弹变形普弹变形链段发生链段发生可恢复的可恢复的运动运动 均匀均匀拉长拉长细颈部分扩展细颈部分扩展断裂断裂线性非晶高聚物在线性非晶高聚物在Tg以下以下 及及 线性部分结晶高聚物在线性部分结晶高聚物在Tm以以下的典型拉伸应力应变曲线下的典型拉伸应力应变曲线非晶态高聚物冷拉后的残留应非晶态高聚物冷拉后的残留应变在变在Tg以上基本可以完全回复以上基本可以完全回复部分结晶高聚物冷拉后的残留部分结晶高聚物冷拉后的残留形变在形变在Tm附近大部分可回复附近大部分可回复线性高聚物的加线性高聚物的加工硬化机制：工硬化机制：随变形量的增加，随变形量的增加，分子链或晶片高度分子链或晶片高度取向，大分子沿外取向，大分子沿外力方向定向排列，力方向定向排列，引起缩颈区学应变引起缩颈区学应变硬化。硬化。晶体折叠链晶体折叠链 片晶倾斜、转动片晶倾斜、转动无定型系带链伸展无定型系带链伸展晶片相对滑移晶片相对滑移晶体链段分离晶体链段分离晶体和系带链晶体和系带链沿拉伸轴取向沿拉伸轴取向二、热固性塑料的变形二、热固性塑料的变形 热固性塑料是刚硬的三维网络结构，分子不易运动，在拉伸时表热固性塑料是刚硬的三维网络结构，分子不易运动，在拉伸时表现出脆性金属或陶瓷一样的变形特性。但是，在压应力下它们仍能现出脆性金属或陶瓷一样的变形特性。但是，在压应力下它们仍能发生大量的塑性变形。发生大量的塑性变形。强交联作用聚合物，强交联作用聚合物，室温下为刚硬的玻璃态；室温下为刚硬的玻璃态；拉伸时类似典型的脆性材料；拉伸时类似典型的脆性材料；压缩时易剪切屈服，并有大量的变形，屈压缩时易剪切屈服，并有大量的变形，屈服之后出现应变软化，并且为均匀剪切。服之后出现应变软化，并且为均匀剪切。演讲完毕，谢谢观看！