
溫度對(duì)體心立方金屬,面心立方金屬和密排六方金屬的力學(xué)性能影響是各不相同的。
圖1 為區(qū)域提純的純鐵在不同溫度下的條件應(yīng)力-應(yīng)變曲線。由圖可見,隨著溫度的下降屈服強(qiáng)度上升劇烈,特別是在200K以下屈服強(qiáng)度大幅度的升高,但是,形變硬化速率卻對(duì)溫度不太敏感,因此隨著溫度下降其抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度的差別可以基本保持不變。而延伸率則越來越低,這和低溫時(shí)滑移變形越來越困難,孿晶變形漸趨重要有關(guān),反映在應(yīng)力應(yīng)變曲線上則表現(xiàn)為鋸?形,可以認(rèn)為,在77K以下,孿晶變形成了常見的變形方式。另一方面,純鐵或低碳鋼的解理斷裂抗力卻隨溫度下降上升緩慢或者改變不大。這樣,當(dāng)純鐵或低碳鋼在屈服強(qiáng)度上升到和其解理斷裂抗力相等的溫度時(shí)(如圖2 所示),材料就發(fā)生脆斷,因?yàn)椴牧蟿傞_始屈服,就立即伴隨著解理斷裂。材料因溫度的降低導(dǎo)致脆性破壞的現(xiàn)象,謂之冷脆。體心立方金屬特別是鋼鐵材料的低溫脆性,是生產(chǎn)中為關(guān)注的問題。
為什么體心立方金屬的屈服強(qiáng)度隨溫度的降低會(huì)急劇增高呢?現(xiàn)在人們對(duì)體心立方金屬的低溫脆性傾向于兩種解釋:一種是體心立方金屬的派-納力對(duì)溫度很敏感,隨著溫度降至室溫以下,派-納力急劇升高,因而導(dǎo)致屈服強(qiáng)度急劇升高;另一種可能則是在低溫下螺位錯(cuò)的交滑移很困難。
圖3 為純銅的條件應(yīng)力應(yīng)變曲線。和體心立方金屬純鐵相比,可以說正好相反,隨著溫度降低,純銅的屈服強(qiáng)度基本保持不變,但加工硬化速率卻迅速上升,相應(yīng)地也伴隨著抗拉強(qiáng)度訊速上升。更有意義的是均勻延伸率隨溫度的降低不是減小而是明顯大。由于面心立方金屬的屈服強(qiáng)度隨溫度降低升高不多,反映在圖2-3上,可知屈服強(qiáng)度和解理斷裂強(qiáng)度兩者即使在低溫度下也難以相交,故面心立方金屬?zèng)]有冷脆現(xiàn)象。
圖4 為工業(yè)純鈦的載荷伸長(zhǎng)曲線,隨著溫度降低鈦的屈服強(qiáng)度升高,形變硬化速率也升高,這是密排六方金屬的典型情況,它既不同于體心立方金屬,也不同于面心立方金屬,因?yàn)轶w心s方金屬在溫度降低時(shí)屈服強(qiáng)度升高,但形變硬化率不變,而面心立方金屬卻表現(xiàn)出屈服強(qiáng)度不變但形變硬化率升高的現(xiàn)象。鈦和純銅一樣,溫度降低時(shí)均勻伸長(zhǎng)率也是增加的。