中南大学 高温塑性变形作业

课程材料高温塑性变形理论与应用专业班级

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1、请论述多晶体热变形激活能的理论意义，并介绍其在蠕变变形实验中的测试方法。

答：变形激活能反应材料热变形的难易程度，也是材料在热变形过程中重要的力学性能参数。通过对激活能值的分析可以推断回复机制，激活能控制塑性变形速率,动态回复和动态再结晶，激活能Q越大，变形速率越小，材料越难变形，高温塑性变形的显著特点就是变形速度受热激活过程控制，即遵从Arrhenius方程：

确定激活能的方法有下列三种方法：

1.1等温法

将多个样品在相同的应力和不同的温度条件下进行蠕变实验，测量蠕变曲线)

(t

ε

在（亚）稳态阶段的斜率，表示成log

。

ε和

T

1

的函数关系形式，并将结果表示在

log

。

ε—

T

1

坐标上，和实验吻合最好的直线的斜率即为Q值。

1.2 时间补偿法

在蠕变准稳态阶段有：

式中

可见若将ε表示为补偿时间θ的函数，则不同温度和相同应力条件下得到的蠕变曲线相互重合，以此来求Q值的。也可将不同温度下达到给定变形ε所需时间的对数表示成1/T的函数，所得直线的斜率即Q值。

1.3变温法

在恒应力作用下，在同一样品上施以极快的温度跳跃。测出T

1时的蠕变速度

1

。

ε，

T

2温度时

2

。

ε，根据下式可以得出Q。

)

(

exp

.

.

)

(

exp

)

,

(

.

.

RT

Q

RT

Q

y

-

=

-

=

ε

ε

σ

ε

ε

)

(

)

exp(

)

exp(

.

.

.

.

θε

εε

εf

RT

Q

t

dt

RT

Q

dt t

t

=

⎥⎦

⎤

⎢⎣

⎡-

=

-

=

=⎰

⎰

⎪

⎭

⎫

⎝

⎛

-

=

RT

Q

t ex p

θ

如果在温度T 1时的蠕变速度为1。

ε，温度T 2时为2。ε。

02121exp()log()log()111Q RT

Q R R T T T εεεεε•••••

-===- 该方法的优越性在于如果温度跳跃速度足够快，则可以保证样品的组织不变，故测量的是恒组织和恒应力下的激活能，但是由于试验机的热滞性，实际上很难施

行快速温度跳跃，只有系统在新的温度下重新达到平衡，才能测量出有意义的1

。

ε

值，而这时样品的组织亦可能变化到新的平衡。 2、请阐述高温下位错的热激活滑移机制。

答：位错在晶体中运动时遇到各种障碍。在低温下只有外应力超过这些障碍所产生的阻力时位错才能滑移。但在高温下，位错可以借助于外应力和热激活的共同作用越过障碍而滑移。温度越高，热激活过程越活越，客克服障碍所需的外应力就越小，流变应力也相应地降低。因此，高温变形过程强烈地受到障碍的性质、分布和强度的影响。

障碍对位错运动的阻力分为两类：

第一类是长程内应力1τ，i τ是晶体中所有位错的弹性应力场叠加的结果。热激活是源自热运动的结果，原子热运动是短程的，位错不可能通过热激活克服长程应力场，所以i τ与温度无关。如果外应力小于长程内应力的最大值，位错就不能滑移，只有通过回复，使内应力i τ降低到外应力τ以下时位错才能滑移。

第二类是短程的局部障碍，如林位错、固溶原子等，热激活对位错克服这类障碍是有帮助的。局部障碍叠加在长程内应力上，构成对位错的总阻力。当外应力τ大于内应力的最大值i τ时，可将τ分为两部分τ=i τ+e τ，一般将e τ称为有效应力，位错将在有效应力和热激活的共同作用下越过局部障碍。

3、请推导由攀移引起的宏观变形与位错运动之间的关系式。 答：

长、高、宽各主L 、h 和 l 的正平行六面体形状的物质单元中含有柏矢量为 b 的刃型位错， ① 与位错② 均扫过面积△A

32132100b A b A h Ll V b A b A b A L hl V V V ∆∆⎫ε=-

=-⎪⎪∆∆∆⎪ε==⇒ε=⎬⎪ε=⎪

⎪∆=ε+ε+ε=⎭ 当位错扫过的面积为△A 时，位错移动的距离为L ∆，此时有A L l ∆=∆⨯，则

b A b L l b L b L V hlL hL S

∆∆⨯∆∆ε==== 如果物质单元中有m N 个这样的刃型位错位错，则

m m

m m m m N b L N b L b L h L S N N L L S L V ∆ε==∆=ρ∆∆ρ==∆ ()m m d d d L b L dt dt dt

ρε∆ε==∆+ρ 变形速度由位错的移动控制。即位错移动速度比产生速度小得多。换句话说，在固体变形发生变化的时间△t 内可动位错密度为常数。与上式中的第二项相比，式中的第一项可以忽略。 所以m m d d L b bv dt dt

ε∆ε==ρ=ρ（v —位错的平均速度） 4、请简述超塑性变形的主要变形机理。

答：1、扩散协调模型—A-V 模型

非均匀流变

晶粒本身不发生变形，总体的变形由晶粒间相互滑移所产生，相邻晶粒间的位置关系发生变化，横截面的晶粒数目减少而在长度方向晶粒数目增加，以此发生长度方向变形。显然，这是超塑性的主要变形机制。