2-超塑性变形的力学特性

5 超塑性参数的测定
5.3 m值的测定 5.3.2 等速度法
5 超塑性参数的测定
5.3 m值的测定 5.3.2 速度突变法
5 超塑性参数的测定
5.4 超塑性变形激活能Q的测定
5 超塑性参数的测定
5.4 超塑性变形激活能Q的测定
谢谢
对同时具有应变硬化和应变速率硬化的材料，其拉伸变形过程中服从Rosserd
方程：
K n m
式中：ε为应变，n为硬化指数。 如考虑到温度及应变硬化的影响，则可写为下列方程：
Q ) RT
K n m exp(
式中：Q为超塑性变形的激活能，R为气体常数，T为变形温度，以热力学温度 表示。
1 拉伸试验的应力应变关系
形成超塑性拉伸曲线特征主要由下面三个因素造成：
（1）试件拉伸初始时刻，拉力很快升到极值点，然后出现失稳，曲线开始下降，由Backofen 超塑性应力应变关系式，整个拉伸过程是一个颈缩位置不断转移和交替的过程，所以超塑拉伸 曲线在峰值以后有很长的连续曲线。 （ 2）拉伸力 P=σA（A为试件截面积）。随着拉伸进程，试件截面积不断减少，导致拉伸力逐 渐下降，因此曲线呈下降趋势。 （3）在拉伸夹头速度v为常数条件下，拉伸过程应变速率不断降低，也是造成拉伸力下降原因 之一。
对于超塑性材料，其拉伸的应力－应变速率对数曲线呈 S形，通常可以根据应变速率的大小分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三 个区域。当应变速率非常低时，也会出现图中所示的0 区域。图中同时给出了每个区域的典型变形机制、组织 特征、m、P和Q的典型值大小，Qgb和Ql分别为晶界滑移 和晶格扩散对应的激活能。在Ⅱ区域内，应力随应变速 率变化表现的最为剧烈，正是在此应变速率敏感区内发 生超塑性，此区域内的m值大于0.3，而低于或高于这个 应变速率范围内的区域其m值均小于0.3，不会表现出超 塑性。对于应变速率较慢的0区和Ⅰ区内的变形机制存 在争议，有些学者认为该区域的主要变形机制为位错滑 移，另一些学者认为该区域的变形特点是由于材料中的 杂质颗粒使塑性流动存在一个临界应力引起的，但关于 超塑性材料单轴拉伸时流动应力与应变速率的关系
3 影响超塑性和m值的各种因素
3.4 变形程度的影响 3.4.1 变形程度对流动应力的影响
4 m值与延伸率的关系
4 m值与延伸率的关系
4 m值与延伸率的关系
5 超塑性参数的测定
5.1 高温拉伸机
5 超塑性参数的测定
5.2 超塑性拉伸试样
5 超塑性参数的测定
5.3 m值的测定 5.3.1 等应变速率拉伸法
扩散系数，E为弹性模量，b为柏式矢量，d为晶粒尺寸，P为晶粒尺寸指数，n
为硬化指数，k为波尔兹曼常数，R为气体常数，T为变形温度，以热力学温度 表示。
3 影响超塑性和m值的各种因素
3.1 应变速率的影响
3 影响超塑性和m值的各种因素
3.1 应变速率的影响
3 影响超塑性和m值的各种因素
3.1 应变速率的影响
3.3 晶粒度的影响
3 影响超塑性和m值的各种因素
3.3 晶粒度的影响
3 影响超塑性和m值的各种因素
3.4 变形程度的影响 3.4.1 变形程度对m值的影响
3 影响超塑性和m值的各种因素
3.4 变形程度的影响 3.4.1 变形程度对m值的影响
3 影响超塑性和m值的各种因素
3.4 变形程度的影响 3.4.1 变形程度对m值的影响
2 超塑性变形本构方程
在超塑性变形过程中，流动应力还受变形温度和晶粒尺寸的影响，将它们的影 响引入式（1-1）中，可以得到如下( ) ( ) exp( ) kT d E RT
式中： 为稳定流动的应变速率，A为与蠕变机制有关的常数，D0exp(-Q/RT)为
临界应力的本质含义、大小及影响因素尚不明确，还有
些学者认为该区域的变形机制仍为晶界滑移，只是晶粒 尺寸的长大降低了蠕变速率。
3 影响超塑性和m值的各种因素
3.2 温度的影响
3 影响超塑性和m值的各种因素
3.2 温度的影响
3 影响超塑性和m值的各种因素
3.2 温度的影响
3 影响超塑性和m值的各种因素
1 拉伸试验的应力应变关系
超塑性材料单轴拉伸时的应力-应变曲线
如果将超塑拉伸载荷 -位移曲线换算成应力 -应变曲线，超塑性材料在单轴拉伸时其应力应变 曲线几乎为一条恒定的直线，如上图的实线所示，有时略有上倾或下倾趋势，如图中虚线所示， 则表示在拉伸过程中有某种程度的硬化或软化，这与材料的组织变化有关。 断口形貌受应变速率影响。较慢速率变形时，断口很尖，颈缩不明显。较大速率变形时，断 口略显颈缩。
2 超塑性变形本构方程
为了描述超塑性的力学特征，1964年美国人Backofen提出应力σ与应变速率 的关系式为
K m
式中：σ为真应力，K为常数， 为真应变速率，m为应变速率敏感性指数，其 值等于应力（σ）－应变速率（ ）对数曲线的斜率。一般超塑性材料的m值在 0.3至0.9之间，多数在0.4至0.8之间。
金属特种加工理论与技术
金属超塑性成形理论与技术
（16课时）
叶 凌 英
材料加工工程系
2015年4月
课 程 内 容
一、超塑性的研究与发展
二、超塑性变形的力学特性 三、超塑性变形的组织特性 四、组织超塑性变形机理 五、金属材料的超塑性
二、超塑性变形的力学特性
本 节 内 容 提 要
1 拉伸试验的应力应变关系 2 超塑性变形本构方程 3 影响超塑性和m值的各种因素 4 m值与伸长率的关系 5 超塑性参数的测定