中南大學(xué)高溫塑性變形習(xí)題(共7頁)

1、一、名詞解釋（20分）：5小題(xio t)恒載荷(zi h)蠕變：變形過程中外(zhngwi)載荷，即試驗(yàn)機(jī)上的作用力保持不變的蠕變。恒應(yīng)力蠕變：變形過程中作用在材料上的應(yīng)力保持不變的蠕變。恒應(yīng)變速率變形：變形過程中應(yīng)變速率保持不變，是常數(shù)。恒拉伸速度變形：變形過程中拉伸機(jī)的移動速度保持不變，dl/dt是常數(shù)。變形速度激活能： Q的量綱為能量，控制材料的高溫塑性變形過程，稱為變形速度激活能。時(shí)效成形：時(shí)效成形是將零件成形和人工時(shí)效處理相結(jié)合的新型鈑金成形工藝.它能夠改善合金的微觀組織,提高材料強(qiáng)度,降低殘余內(nèi)應(yīng)力水平,增強(qiáng)耐應(yīng)力腐蝕能力,延長零件使用壽命。應(yīng)變硬化：材料經(jīng)塑性變形后，隨著應(yīng)變

2、增加，繼續(xù)變形所需應(yīng)力增加的現(xiàn)象。應(yīng)變速率硬化：材料經(jīng)塑性變形時(shí)，流動應(yīng)力隨應(yīng)變速率增加而增加的現(xiàn)象。冪律蠕變：凡是應(yīng)力與應(yīng)變速度滿足如下公式的蠕變。 冪律失效：冪律蠕變中當(dāng)應(yīng)力升高到一定程度后，曲線與log的斜率開始增大偏離線性關(guān)系的現(xiàn)象。表觀激活能：若材料的變形過程由多個(gè)熱激活過程控制，則由試驗(yàn)直接得到的激活能稱為表觀激活能。包含了彈性模量隨溫度的變化。真實(shí)激活能：若控制材料變形過程的多個(gè)激活能差異很大，實(shí)際上其作用的激活能稱為真實(shí)激活能。其值等于自擴(kuò)散激活能。自擴(kuò)散激活能：反應(yīng)材料自擴(kuò)散的難易程度的物理量。內(nèi)應(yīng)力：物體由于外因而變形時(shí)，內(nèi)部各部分之間產(chǎn)生相互作用的內(nèi)力，單位面積上的力稱為

3、內(nèi)力，所謂內(nèi)應(yīng)力，是指當(dāng)外部荷載去掉以后，仍殘存在物體內(nèi)部的應(yīng)力。長程內(nèi)應(yīng)力：長程內(nèi)應(yīng)力是晶體中所有位錯的彈性應(yīng)力場疊加的結(jié)果，應(yīng)力場與1/r成正比，因此長程內(nèi)應(yīng)力是以相當(dāng)大的波長在晶體空間波動。短程內(nèi)應(yīng)力：位錯與晶體中短程的局部障礙（如林位錯、固溶原子等）相互作用而產(chǎn)生的阻礙位錯運(yùn)動的力。有效(yuxio)應(yīng)力：外應(yīng)力(yngl)與內(nèi)應(yīng)力最大值的差值，表示實(shí)際作用與位錯運(yùn)動的應(yīng)力。應(yīng)變速率(sl)敏感性指數(shù)：塑性變形時(shí)材料的流變應(yīng)力對于應(yīng)變速率的敏感性參數(shù)，亦即當(dāng)應(yīng)變速率增大時(shí)材料強(qiáng)化傾向的參數(shù)。超塑性：超塑性是指材料在一定的組織結(jié)構(gòu)和外部條件下，呈現(xiàn)出異常低的流變抗力、異常高的流變性能的現(xiàn)

4、象。一般將伸長率超過100%的材料都?xì)w類與超塑性。二、判斷（20分）10小題1. 在某一種金屬材料的拉伸試驗(yàn)中，可根據(jù)不同材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線彈性變形階段斜率的大小對比其彈性極限的大小。 （對）2. 一般情況下，對于同一種金屬材料，采用慢應(yīng)變速率拉伸方法測試出的力學(xué)性能要稍低于常規(guī)拉伸所獲得的力學(xué)性能數(shù)值。（錯）3. 在某一種金屬材料的蠕變實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)測得的表觀蠕變激活能在0.5Tm0.9Tm范圍內(nèi)隨溫度明顯升高，且大于該金屬的自擴(kuò)散激活能，表明蠕變變形不受擴(kuò)散控制。（錯）4. 純金屬蠕變過程中，位錯密度與應(yīng)力平方成正比，亞晶尺寸與應(yīng)力成反比，亞晶界位錯間距與應(yīng)力關(guān)系不太確定。（對）5. 無論是

5、恒應(yīng)力變形還是恒應(yīng)變速率變形，位錯總是趨于不均勻分布，從而形成亞晶或位錯胞組織。（對）6. 總位錯密度相等的條件下，位錯不均勻分布時(shí)的流動應(yīng)力、位錯引起的彈性應(yīng)變能、應(yīng)力引起的彈性應(yīng)變能都低于位錯均勻分布狀態(tài)，因此，塑性變形中位錯總是趨于非均勻分布狀態(tài)。（錯）7. 在塑性變形過程中，由于高層錯能金屬中位錯很容易交滑移，也很快會重新排列成胞狀組織，所以不會發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶現(xiàn)象。（錯）8. 對于(duy)超塑性變形，高的m值是獲得高超塑性伸長率的充要條件，m值越大，一般所獲得的伸長率越高。（錯）應(yīng)變速率(sl)敏感指數(shù)越大，越有利于超塑成形，但不是充要條件。9. 超塑性變形條件下的激活能接近主要相或

6、基體(j t)金屬的晶界擴(kuò)散激活能，與體擴(kuò)散激活能的一半相當(dāng)。（對）10. 將某種鋁合金晶粒細(xì)化至約6m，在一定的溫度和應(yīng)變速率下變形，該合金便會呈現(xiàn)出超塑性。（錯）三、簡答（40分）5小題1. 請論述多晶體熱變形激活能的理論意義，并介紹其在控制應(yīng)力的蠕變變形實(shí)驗(yàn)中的測試方法。熱變形激活能反應(yīng)材料熱變形的難易程度，也是材料在熱變形過程中重要的力學(xué)性能參數(shù)。通過對激活能值的分析可以推斷回復(fù)機(jī)制，激活能控制塑性變形速率,動態(tài)回復(fù)和動態(tài)再結(jié)晶，激活能Q越大，變形速率越小，材料越難變形，高溫塑性變形的顯著特點(diǎn)就是變形速度受熱激活過程控制，即遵從Arrhenius方程： 其在控制應(yīng)力的蠕變變形實(shí)驗(yàn)中的測

7、試方法有三種：等溫法：將多個(gè)樣品在相同應(yīng)力和不同溫度條件下蠕變，測量蠕變曲線在（亞）穩(wěn)態(tài)階段的斜率，表示成和1/T 的函數(shù)關(guān)系的形式，并將結(jié)果表示在1/T坐標(biāo)上。和實(shí)驗(yàn)點(diǎn)吻合最好的直線的斜率即為Q值 。時(shí)間補(bǔ)償法：在（亞）蠕變穩(wěn)態(tài)階段，有可見若將表示為補(bǔ)償時(shí)間的函數(shù)，則不同溫度和相同應(yīng)力條件下得到的蠕變曲線相互(xingh)重合，以此來求Q值的。也可將不同溫度下達(dá)到給定變形所需時(shí)間的對數(shù)表示成1/T的函數(shù)，所得直線的斜率即Q值。變溫法：在恒應(yīng)力作用下，在同一樣品上施以(sh y)極快的溫度跳躍。測出T1時(shí)的蠕變速度，溫度(wnd)T2時(shí)為，根據(jù)下式可以得出Q。該方法的優(yōu)越性在于如果溫度跳躍速度

8、足夠快，則可以保證樣品的組織不變，故測量的是恒組織和恒應(yīng)力下的激活能。但是由于試驗(yàn)機(jī)的熱滯性，實(shí)際上很難施行快速溫度跳躍。只有系統(tǒng)在新溫度下重新達(dá)到平衡時(shí)，才能測量出有意義的Q值，而這時(shí)樣品的組織亦可能變化到新的平衡狀態(tài)。 請論述多晶體熱變形激活能的理論意義，并介紹其在控制速度的熱壓縮變形實(shí)驗(yàn)中的測試方法。請論述多晶體熱變形激活能的理論意義，并介紹其在控制速度的超塑性變形實(shí)驗(yàn)中的測試方法。同13題4. 推導(dǎo)拉伸試驗(yàn)中應(yīng)變速率與拉伸機(jī)夾頭移動速度之間的關(guān)系。5. 簡述純金屬蠕變的三個(gè)階段及其特征。第一階段：蠕變速率（/t ）隨時(shí)間而呈下降趨勢。第二階段：蠕變速率不變，即（/t ）=常數(shù)，這一段是

9、直線。第三階段：蠕變速率隨時(shí)間而上升，隨后試樣斷裂。6. 請分別給出低應(yīng)力、高應(yīng)力和較寬應(yīng)力范圍內(nèi)蠕變速率與應(yīng)力的關(guān)系函數(shù)。請簡述純金屬蠕變(r bin)過程中位錯結(jié)構(gòu)變化的一般特點(diǎn)。（詳見PPT）8. 請闡述高溫(gown)下位錯的熱激活滑移機(jī)制。位錯在晶體中運(yùn)動是遇到各種障礙(zhng i)，在低溫下只有外應(yīng)力超過這些障礙所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力時(shí)位錯才能滑移。而在高溫條件下，位錯可以借助外應(yīng)力和熱激活的共同作用越過障礙而滑移，溫度越高，熱激活過程越活躍，克服障礙所需的外應(yīng)力就越小，流變應(yīng)力也相應(yīng)的降低。熱激活是原子熱運(yùn)動的結(jié)果，是短程的，對于長程內(nèi)應(yīng)力的阻礙作用基本沒有效果。而對于局部障礙，如林位

10、錯、固溶原子等的阻礙是用幫助的。（詳見PPT）9. 請推導(dǎo)由攀移引起的宏觀變形與位錯運(yùn)動之間的關(guān)系式。8.1請推導(dǎo)由滑移引起的宏觀變形與位錯運(yùn)動之間的關(guān)系式。8.1超塑性變形應(yīng)力應(yīng)變對數(shù)關(guān)系的S曲線三個(gè)區(qū)域特征及其對應(yīng)的變形機(jī)理。S曲線上的斜率代表應(yīng)變速率敏感指數(shù)m。區(qū)內(nèi)應(yīng)力隨應(yīng)變速率變化得劇烈，m值最高，一般有m0.3在次應(yīng)變速率敏感區(qū)內(nèi)發(fā)生超塑性。區(qū)和區(qū)應(yīng)力隨應(yīng)變速率變化緩慢，類似于普通的塑性變形。區(qū)內(nèi)為擴(kuò)散蠕變，變形機(jī)理為晶粒長大和位錯滑移；區(qū)為超塑性變形，變形機(jī)理主要為為晶界滑移，少量的晶粒延長，晶粒旋轉(zhuǎn)和織構(gòu)；區(qū)為冪律蠕變，變形機(jī)理為交滑移、晶粒延長、織構(gòu)增加。請至少列舉超塑性變形m

11、值測定的3種方法。等應(yīng)變速率拉伸法：等速度法：在應(yīng)力應(yīng)變(yngbin)曲線上取比較靠近的A、B兩點(diǎn)，其應(yīng)變(yngbin)之大約在20%50%之間，求其相應(yīng)應(yīng)變?yōu)?和2，則m值為：速度突變法：在恒變形拉深實(shí)驗(yàn)(shyn)中使變形速率從v1蠕變到v2，則相應(yīng)載荷從P1突變到P2，則m值為：請簡述超塑性變形激活能Q的測定方法。見PPT倒數(shù)第二部分14. 請闡述組織超塑性變形所需要的3個(gè)條件。見PPT倒數(shù)第三部分四、綜合計(jì)算分析（20分）1小題1. 采用高溫慢應(yīng)變速率拉伸方法研究5A90鋁鋰合金的變形行為，采用板形試樣，試樣厚2mm，寬和標(biāo)距長度分別為6mm和10mm。拉伸完成后將斷裂后的試樣拼合

12、測量標(biāo)距部分長度為78mm，寬和厚度分別為3mm和0.5mm，下表給出了計(jì)算機(jī)記錄的部分載荷和位移數(shù)據(jù)。位移(mm)00.10.20.30.40.50.6.95（斷裂）載荷(N)040901801209080.0計(jì)算：（1）試樣斷裂后伸長率的工程應(yīng)變和真應(yīng)變。（2）試樣斷裂后斷面收縮率的工程應(yīng)變和真應(yīng)變。（3）拉伸至位移為0.5mm時(shí)伸長率的真應(yīng)變與該時(shí)刻的真應(yīng)力。2. 采用高溫單軸拉伸方法研究某種鋁合金的熱變形行為，板形拉伸試樣厚2mm，寬和標(biāo)距長度分別為6mm和10mm。采用不同的變形加載條件得到如下典型試驗(yàn)數(shù)據(jù)。變形溫度500，拉伸機(jī)夾頭恒定移動(ydng)速度0.01mm/s，拉伸完成

13、后將斷裂后的試樣拼合測量標(biāo)距部分長度為80mm，寬和厚度分別為3mm和0.5mm，下表給出了計(jì)算機(jī)記錄的部分載荷和位移數(shù)據(jù)。變形溫度380，拉伸機(jī)夾頭恒定移動速度3mm/s，拉伸完成后將斷裂后的試樣(sh yn)拼合測量標(biāo)距部分長度為13mm，寬和厚度分別為5.8mm和1.8mm，下表給出了計(jì)算機(jī)記錄的部分載荷和位移數(shù)據(jù)。變形溫度180，拉伸機(jī)夾頭對樣品施加恒定的應(yīng)力200MPa，拉伸完成后將斷裂后的試樣拼合測量標(biāo)距部分(b fen)長度為12mm，寬和厚度分別為5.86mm和1.88mm，下表給出了計(jì)算機(jī)記錄的部分位移和時(shí)間數(shù)據(jù)。試計(jì)算與分析：（1）任選一種加載條件，計(jì)算試樣斷裂后伸長率的工程應(yīng)變和真應(yīng)變。（2）任選一種加載條件，對于加載條件和，計(jì)算拉伸至位移為0.4mm時(shí)伸長率的真應(yīng)變與該時(shí)刻的真應(yīng)力，對于加載條件，計(jì)算拉伸至位移為0.3mm時(shí)對應(yīng)的應(yīng)變速率與該時(shí)刻的加載載荷大小。（3）分別給出3種加載條件下塑性變形的基本本構(gòu)關(guān)系方程，對于加