金属半固态流变规律

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1、第三章金属半固态流变规律内容3.1流变学基础知识3.2力学模型及数学模型的建立3.3材料加工中得半固态流变规律3.1流变学基础知识搅动铸造制备的合金一般称为非枝晶组织合金或称部分凝固铸造合金（PartiallySolidifiedCastingAlloys）。由于采用该技术的产品具有高质量、高性能和高合金化的特点，因此具有强大的生命力。除军事装备上的应用外，开始主要集中用于自动车的关键部件上，例如，用于汽车轮毂，可提高性能、减轻重量、降低废品率。此后，逐渐在其它领域获得应用，生产高性能和近净成型的部件。半固态金属铸造工艺的成型机

2、械也相继推出。目前已研制生产出从600吨到2000吨的半固态铸造用压铸机，成形件重量可达7kg以上。当前，在美国和欧洲，该项工艺技术的应用较为广泛。半固态金属铸造工艺被认为是21世纪最具发展前途的近净成型和新材料制备技术之一。流变学是力学的一个新分支，它主要研究材料在应力、应变、温度、湿度、辐射等条件下与时间因素有关的变形和流动的规律。学者们在研究橡胶、塑料、油漆、玻璃、混凝土，以及金属等工业材料；岩石、土、石油、矿物等地质材料；以及血液、肌肉骨骼等生物材料的性质过程中，发现使用古典弹性理论、塑性理论和牛顿流体理论已不能说明这些

3、材料的复杂特性，于是就产生了流变学的思想。英国物理学家麦克斯韦和开尔文很早就认识到材料的变化与时间存在紧密联系的时间效应流变学研究内容是各种材料的蠕变和应力松弛的现象蠕变是指材料在恒定载荷作用下，变形随时间而增大的过程。蠕变是由材料的分子和原子结构的重新调整引起的，这一过程可用延滞时间来表征。材料在恒定应变下，应力随着时间的变化而减小至某个有限值，这一过程称为应力松弛。这是材料的结构重新调整的另一种现象。蠕变和应力松弛是物质内部结构变化的外部显现。当作用在材料上的剪应力小于某一数值时，材料仅产生弹性形变；而当剪应力大于该数值时，

4、材料将产生部分或完全永久变形。则此数值就是这种材料的屈服值。屈服值标志着材料有完全弹性进入具有流动现象的界限值，所以又称弹性极限、屈服极限或流动极限。同一材料可能会存在几种不同的屈服值，比如屈服极限、蠕变极限、断裂极限等。在对材料的研究中一般都是先研究材料的各种屈服值。在不同物理条件下(如温度、压力、湿度、辐射、电磁场等)，以应力、应变和时间的物理变量来定量描述材料的状态的方程，叫作流变状态方程或本构方程。材料的流变特性一般可用两种方法来模拟，即力学模型和物理模型：在简单情况下，应力应变特性可用力学流变模型描述。在评价蠕变或应力

5、松弛试验结果时，利用力学流变模型有助于了解材料的流变性能。这种模型已用了几十年，它们比较简单，可用来预测在任意应力历史和温度变化下的材料变形。力学模型的流变模型没有考虑材料的内部物理特性，如分子运动、位错运动、裂纹扩张等。当前对材料质量的要求越来越高，如高强度超韧性的金属、高强度耐高温的陶瓷、高强度聚合物等。对它们的研究就必须考虑材料的内部物理特性，因此发展了高温蠕变理论。这个理论通过考虑了固体晶体内部和晶粒颗粒边界存在的缺陷对材料流变性能的影响，表达出材料内部结构的物理常数，亦即材料的物理流变模型。一、基本概念按材料实际流变行

6、为，把粘性、弹性、和塑性结合起来研究物体的流动变形性能流变学是一门学科，专门研究固液混合物，膏状物流动变形的工具流变学把物体分：粘性体、弹性体、塑性体现实中理想的物体有理想液体和刚体二、液态成型过程中的流变学问题1、型砂的紧实过程2、涂料的粘塑性3、合金在固液态时表现的特性金属在液相线和固相线之间的温度范围内处于液固两相区，出于此区域的金属叫半固态金属。实验表明金属铸造是很多缺陷都是在这个区域内形成的，如热裂纹、缩、孔缩松等4、流变铸造：破碎的枝晶半固态压力铸造，枝晶达50%以上时，仍能保持流动性，其特点是在切应力较小的情况下，

7、它的流动性能接近固体，加压超过一定值，保持较好流动性充满行腔。其优点很多，成型温度低，流动无涡流，卷气卷渣少，易制造符合材料。优点：1、降低对模具的热侵蚀，提高模具寿命2、减少缺陷（液态金属流动带来的缺陷）3、容易制造复合材料3.2力学模型及数学模型的建立三、材料简单流变性能1、虎克弹性体施加载荷----变形-----撤去载荷----变形消失模型：弹簧2、牛顿粘性体材料在很小力的作用下，即产生连续不可逆的变形当力消失，粘性流体速度为0，流动停止模型：充满粘性流体的活塞3、圣维南塑性体特点：载荷小于一定值时，物体不变形载荷大于一定

8、值时，才生不可逆变型模型：摩擦块串联模型串联模型就是将各简单模型通过串联的方式连接起来由右图可以看出，如果串联模型两端受力P，则每个子模型受到的力相等，都为P。即：P=P1=P2=P3相应的变形量ε=ε1+ε2+ε3123PPP1P2P3并联模型并联模型就是将各