控制变形原理与应用基础(11)说课材料.ppt

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1、控制变形原理与应用基础(11)11.1Nabarro扩散蠕变方程的简单推导第十一章扩散蠕变基本形式：扩散蠕变方程相应于牛顿粘滞性流变，因此是稳定的（第三章），满足超塑性的必要条件。11.1Nabarro扩散蠕变方程的简单推导第十一章扩散蠕变Nabarro-Herring蠕变和Cable蠕变在细晶粒多晶体中是确实存在的，并是许多高温低应力系统较重要的变形方式。Nabarro-Herring蠕变主要为体扩散，Cable蠕变以晶界扩散占主导，发生温度比前者较低。11.2.1Herring模型11.2扩散蠕变理论第十一章扩散蠕变蠕变速率与应力成正比，与晶粒大小的平方成反比，蠕变激活能等于原子的体扩散

2、激活能。具有这些特征的蠕变称为Naharro-Herring蠕变。基本形式：第十一章扩散蠕变11.2.2Coble模型11.2扩散蠕变理论基本形式：蠕变速率与d3成反比，蠕变激活能与晶界扩散激活能相等。第十一章扩散蠕变11.2.3变形的相容性—晶界滑移11.2扩散蠕变理论在多晶体材料中原子从受压的晶界向受拉晶界扩散，结果使每一个晶粒都独立发生变形，向拉应力方向伸长。这种晶粒形状的变化必须通过晶界滑动来协调，否则就会在受压晶界形成空隙。第十一章扩散蠕变11.2.3变形的相容性—晶界滑移11.2扩散蠕变理论晶界滑动在扩散蠕变中的作用和在位错蠕变中的作用完全不同，在扩散蠕变中晶界滑动是必不可少的晶

3、粒变形协调过程，而在位错蠕变中只要有足够多(不少于5个)的滑移系开动来满足VonMises条件，就无须晶界滑动来协调晶粒的变形，多晶体中的每个晶粒都可以自由变形而不形成晶界空隙和重叠。11.3扩散蠕变实验示例第十一章扩散蠕变11.3.1零蠕变实验（丝和簙膜的蠕变实验）原理在于用一个拉伸应力来和试样的表面张力平衡。当时变形为负值(收缩)，而时变形为正值(伸长)。丝伸长时唯一可能的变形机制是扩散蠕变，因为晶粒太小，且应力很低，不足以使位错源开动，也就不可能发生位错蠕变。扩散蠕变理论预示着蠕变速率随应力呈线性变化，故呈牛顿黏滞性。第十一章扩散蠕变11.3扩散蠕变实验示例（a)Nabarro-Her

4、ring蠕变11.3.2单相细晶粒多晶体的扩散蠕变当细小沉淀物或例子存在时，与拉应力轴垂直的晶界附近形成沉淀物消失区。许多纯金属、合金和离子晶体的扩散蠕变均已表明，在高温时通常为Nabarro-Herring蠕变而温度低时为Coble蠕变。第十一章扩散蠕变11.3扩散蠕变实验示例（b)Coble蠕变11.3.2单相细晶粒多晶体的扩散蠕变弹簧在320℃的扩散蠕变、每圈的表面剪切应变与时间的关系第十一章扩散蠕变11.3扩散蠕变实验示例（c)Harper-dorn蠕变11.3.2单相细晶粒多晶体的扩散蠕变Harper和Dorn（1957）发现铝在高温时（920K=0.99Tm根据应力大小可存在两种

5、不同的蠕变规律。当应力＞9gf/mm2时，蠕变速度与σ4成正比，这相应于由位错引起的蠕变。相反，当σ＜9gf/mm2时，ε∝σ。第十一章扩散蠕变11.3扩散蠕变实验示例11.3.3弥散相多晶体的扩散蠕变当细小沉淀物和粒子存在时，与拉应力轴垂直的晶界附近形成沉淀物消失区无可争辩地说明多晶体的扩散蠕变。但是，由此尚不可说蠕变速度与不存在粒子时相同。粒子在平行于张力轴晶界的逐渐聚集是变形速度不断减少和未发现稳态阶段的原因。粒子存在时蠕变速度减少以及存在门槛应力。门槛应力σ0随粒子的体积分数线性增加，且当温度增加时减小。11.4由界面反应控制的扩散蠕变第十一章扩散蠕变在扩散蠕变中发生两个串联过程，空

6、位在晶界产生或吸收和空位在空位源和空位阱之间扩散。空位在晶界产生和空位被晶界吸收是一种晶界反应。在扩散和晶界反应的串联过程中慢过程控制蠕变速率。N-H蠕变和Coble蠕变都隐含着一种假定:晶界是理想的空位源和阱，空位在晶界产生或吸收的速度很快，蠕变速率由扩散过程控制。大量金属的实验结果证实了N-H蠕变和Coble蠕变，但是也有一些实验结果，尤其是固溶合金和第二相析出合金的观察结果不能用N-H蠕变和Coble蠕变来说明。这些观察结果有:(1)蠕变速率比N-H蠕变和Coble蠕变理论所预测的蠕变速率低得多;(2)蠕变速率与应力之间不存在线性关系;(3)存在门槛应力，外应力低于此门槛应力时事实上不

7、发生蠕变;(4)蠕变激活能远大于体扩散激活能;(5)曳寿变速率的晶粒尺寸依赖性与N-H蠕变和Coble蠕变不同。11.4由界面反应控制的扩散蠕变第十一章扩散蠕变晶界作为空位源和阱的作用程度和晶界位错密度有关，晶界发射和吸收空位的能力是有限的，晶界反应有可能比扩散慢，成为扩散蠕变速率的控制过程。晶界发射或吸收空位导致晶界位错的运动，晶界位错的迁(mobility)影响晶界反应速度。当晶界位错运动受溶质原子的黏滞