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《钱匡武 金属和合金中的动态应变时效现象》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第29卷第6期福州大学学报(自然科学版)Vol.29No.62001年12月JournalofFuzhouUniversity(NaturalScience)Dec.2001文章编号:1000-2243(2001)06-0008-16金属和合金中的动态应变时效现象1)2)钱匡武,李效琦,萧林钢,陈文哲,张好国,彭开萍(福州大学材料科学与工程学院,福建福州350002)摘要:动态应变时效现象是在金属和合金中,移动着的溶质原子和运动中的位错发生交互作用时所出现的一种强化现象.这种交互作用,将产生一系列的强化效应,使金属和合金在外加载荷作用下所表现出的力学行为发生巨
2、大的变化.所有这些效应,都将在常用的重要工业合金(如钢、铝合金、铜合金)最常使用的温度范围内出现.研究动态应变时效,不仅有助于加深对诸如金属中位错的交互作用规律、塑性和强化的微观过程与机理等的理解,而且也能帮助我们更好地控制那些常用工业合金的机械性能.本文结合多年来在这方面所做的系统研究工作,总结了动态应变时效现象的一般规律和已有的理论,并着重介绍作者参与建立的一种模型及其实验结果;还重点介绍了一些常用工业合金中动态应变时效现象的特点及其对机械性能的影响.关键词:金属;合金;应变时效;锯齿屈服;塑性变形;位错;间隙溶质原子中图分类号:TG113.1文献标识码:
3、A近年来,人们逐渐认识到,在一定的应变速度和温度范围内,经过塑性变形的金属和合金的机械性能,在很大程度上,还受到一种叫做“应变时效”的过程的影响.所谓“应变时效”,就是金属和合金在塑性变形时或塑性变形后所发生的时效过程.最常见的是变形后的时效,叫做“静态应变时效”(StaticStrainAg-ing,简称SSA);而变形和时效同时发生的过程,则叫做“动态应变时效”(DynamicStrainAging,简称DSA).现在一般认为:应变时效,主要是由于金属固溶体中的间隙溶质原子(如钢中的C、N)向位错偏聚并使之钉扎而造成的.由于在应变时效时并无第二相的析出,也
4、不会有C、N化合物的聚集长大,所以随着时效时间的延长,强化效应不会消失,这是应变时效与淬火时效的本质区别.近年来的许多研究发现,很多重要的工业合金,在常规的应变速度下,在通常应用的温度范围内,都会发生动态应变时效.其中包括很多种钢,以及Ti、V、Nb、Cu、Al合金等,它们在略高于室温时就会发生动态应变时效.如作者曾证实:Cu-3.1%(at)Sn合金产生动态应变时效的温区为400～580K(﹒ε=4×-4-1[1]-4-1[2]10s);Cu-32%(wt)Zn合金出现动态应变时效的温区为273～523K(﹒ε=5×10s);LC4超硬-4-1[3]铝(Al
5、-Cu-Mg-Zn合金)产生动态应变时效的温区为233～393K(﹒ε=4.76×10s);1Cr18Ni9Ti奥-4-1[4,5]氏体不锈钢出现动态应变时效的温区为523～923K(﹒ε=5×10s).因此在实际应用这些材料时,不能不考虑动态应变时效对它们的使用性能的影响.实验结果还表明,动态应变时效还很有可能作为一种强韧化工艺手段,在许多工业合金中获得应用.但目前在很多情况下,动态应变时效的重要性却在很大程度上被忽略了.例如,在经典的物理冶金、力学性能及位错理论的教科书里,几乎很难找到有关动态应变时效的论述.造成这种情况的原因之一,就在于过去一直没有一种简
6、单的物理模型,能用来描述所有与动态应变时效过程有关的复杂情况.本文将较系统地总结动态应变时效的一般规律和理论,重点介绍常用工业合金中动态应变时效现象的特点及其对材料机械性能的影响.1动态应变时效的宏观表现1)在应力—应变曲线上出现锯齿状波形,叫做“锯齿式屈服”(又叫“Portevin-LeChatelier效应”,简[6]称“PL效应”).图1表示Cu-3.1%(at)Sn合金在不同温度下的拉伸应力—应变曲线.由图1可以看出,当应变速度恒定时,在一定的温度范围内(如图中的363～638K),在达到某一临界应变量εc(如图中收稿日期:2001-09-18作者简介
7、:钱匡武(1937-),男,教授,博士生导师.1)萧林钢.福州大学83级硕士,现在美国UniversityofConneticut工作.2)张好国.福州大学85级硕士,现在山东自行车工业公司工作.第6期钱匡武等:金属和合金中的动态应变时效现象·9·箭头所示)以后,应力—应变曲线不再是光滑的了,而是出现了某种形式的锯齿波.这种锯齿式屈服现象,是由于可移动的位错和扩散中的溶质原子之间发生了交互作用的结果;而溶质原子扩散所必须的空位,则是由变形所产生的.因此,要开始出现锯齿式屈服现象,就要求有一个临界应变值εc.2)出现屈服应力平台.在研究金属的屈服应力和温度之间的
8、关系时可以发现,当温度升高时,屈服应力
