物理彈性內(nèi)耗

1、 第五章第五章 材料的彈性與內(nèi)耗材料的彈性與內(nèi)耗 彈性：外力去除后，物體恢復(fù)到變形前的形狀和彈性：外力去除后，物體恢復(fù)到變形前的形狀和尺寸的能力。尺寸的能力。 內(nèi)耗：由于內(nèi)部原因而使機(jī)械能消耗（轉(zhuǎn)為熱能）內(nèi)耗：由于內(nèi)部原因而使機(jī)械能消耗（轉(zhuǎn)為熱能）的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。 在實(shí)際應(yīng)用中，有的零件為消振須有高內(nèi)耗，有在實(shí)際應(yīng)用中，有的零件為消振須有高內(nèi)耗，有的零件為低阻尼須有低內(nèi)耗。的零件為低阻尼須有低內(nèi)耗。 所以必須了解其物理本質(zhì)。所以必須了解其物理本質(zhì)。 第一節(jié)第一節(jié) 金屬的彈性金屬的彈性一、彈性模量及其物理本質(zhì)一、彈性模量及其物理本質(zhì) 在靜彈性變形階段，應(yīng)力與應(yīng)變成正比。其比例在靜彈性變形階段，應(yīng)

2、力與應(yīng)變成正比。其比例系數(shù)為彈性模量。系數(shù)為彈性模量。 正彈性模量正彈性模量E: 切變彈性模量切變彈性模量G: 體積模量體積模量K: P 為體積壓縮應(yīng)力。為體積壓縮應(yīng)力。 所以，所以，E、G、K為單位應(yīng)變時(shí)的應(yīng)力，是材料抵為單位應(yīng)變時(shí)的應(yīng)力，是材料抵抗彈性變形的能力，彈性模量越高，其剛度越好?？箯椥宰冃蔚哪芰?，彈性模量越高，其剛度越好。它們之間的關(guān)系：它們之間的關(guān)系：EG0VVKP)1 ( 2EG)21 ( 3EK 為泊松比：在單相正應(yīng)力作用下，物體發(fā)生彈性變形為泊松比：在單相正應(yīng)力作用下，物體發(fā)生彈性變形時(shí)其橫向與縱向尺寸相對(duì)變化之比：時(shí)其橫向與縱向尺寸相對(duì)變化之比： 一般一般 為為0.20

3、.4。鋼在未受外應(yīng)力時(shí)，原子在平衡。鋼在未受外應(yīng)力時(shí)，原子在平衡位置。原子間引力和斥力平衡，此時(shí)原子具有最低位位置。原子間引力和斥力平衡，此時(shí)原子具有最低位能。能。 當(dāng)受到外力時(shí)，外應(yīng)力將部分克服原子間的相互當(dāng)受到外力時(shí)，外應(yīng)力將部分克服原子間的相互作用力，使原子發(fā)生相對(duì)位移而改變?cè)娱g距，產(chǎn)生作用力，使原子發(fā)生相對(duì)位移而改變?cè)娱g距，產(chǎn)生彈性應(yīng)變。由于彈性應(yīng)力不足以完全克服相鄰原子間彈性應(yīng)變。由于彈性應(yīng)力不足以完全克服相鄰原子間的相互作用力，當(dāng)外力去除后，原子間相互作用力又的相互作用力，當(dāng)外力去除后，原子間相互作用力又使其恢復(fù)到原來的平衡位置，即彈性應(yīng)變消失。使其恢復(fù)到原來的平衡位置，即彈性

4、應(yīng)變消失。 llaa （1）、所以，彈性模量的物理本質(zhì)是原子間結(jié)合力）、所以，彈性模量的物理本質(zhì)是原子間結(jié)合力大小的標(biāo)志。大小的標(biāo)志。因?yàn)楦鱾€(gè)方向的結(jié)合力不同，故彈性模量有各向異性。因?yàn)楦鱾€(gè)方向的結(jié)合力不同，故彈性模量有各向異性。 （2）、因?yàn)閺椥匀Q于原子間結(jié)合力，故彈性模量）、因?yàn)閺椥匀Q于原子間結(jié)合力，故彈性模量是一個(gè)組織不敏感參數(shù)。是一個(gè)組織不敏感參數(shù)。 （3）、與熔點(diǎn)和蒸發(fā)熱的關(guān)系。）、與熔點(diǎn)和蒸發(fā)熱的關(guān)系。 熔點(diǎn)也反映原子結(jié)合力的大小。熔點(diǎn)也反映原子結(jié)合力的大小。 V為比容；為比容； K、a、b為常數(shù)。為常數(shù)。bamVTKE 二、影響彈性模量的因素二、影響彈性模量的因素 1、原子結(jié)

5、構(gòu)的關(guān)系、原子結(jié)構(gòu)的關(guān)系 原子間結(jié)合力與原子結(jié)構(gòu)有關(guān)，在周期表中，金原子間結(jié)合力與原子結(jié)構(gòu)有關(guān)，在周期表中，金屬元素的彈性模量隨著原子序數(shù)呈現(xiàn)周期性變化。如屬元素的彈性模量隨著原子序數(shù)呈現(xiàn)周期性變化。如圖圖6-1，P117。一般情況下，彈性模量一般情況下，彈性模量E與原子間距與原子間距a有如下關(guān)系：有如下關(guān)系： K、m為與原子結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)。為與原子結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)。 過渡族元素有所不同。過渡族元素有所不同。maKE 2、溫度的影響、溫度的影響 彈性模量隨著溫度升高而降低。由于溫度升高，原彈性模量隨著溫度升高而降低。由于溫度升高，原子熱振動(dòng)加劇，原子間距增大，導(dǎo)致原子結(jié)合力下降。子熱振動(dòng)加劇，原

6、子間距增大，導(dǎo)致原子結(jié)合力下降。 E隨著隨著T的變化用彈性模量系數(shù)的變化用彈性模量系數(shù)e來表征：來表征： e又與熱膨脹系數(shù)又與熱膨脹系數(shù) 成正比：成正比： .圖圖6-2，P118是實(shí)驗(yàn)數(shù)值。是實(shí)驗(yàn)數(shù)值。dTdEEe12104:e3、相變的影響、相變的影響 金屬發(fā)生相變時(shí)，其彈性模量會(huì)偏離正常變化的規(guī)金屬發(fā)生相變時(shí)，其彈性模量會(huì)偏離正常變化的規(guī)律，有時(shí)會(huì)發(fā)生突變。如圖律，有時(shí)會(huì)發(fā)生突變。如圖6-3，P119： Fe在在768 發(fā)生磁性轉(zhuǎn)變，發(fā)生磁性轉(zhuǎn)變，E發(fā)生拐折；在發(fā)生拐折；在910 由由 -Fe向向 -Fe轉(zhuǎn)變時(shí)，轉(zhuǎn)變時(shí)，E發(fā)生突變性升高。發(fā)生突變性升高。 Ni的反常較明顯，先陡降，到的反常

7、較明顯，先陡降，到180360 （居里（居里點(diǎn)）間，點(diǎn)）間，E升高，此后又降低。升高，此后又降低。 而磁化到飽和狀態(tài)的而磁化到飽和狀態(tài)的Ni，E隨著溫度成正常下降，符隨著溫度成正常下降，符合一般金屬變化規(guī)律：圖合一般金屬變化規(guī)律：圖6-4，P119。 彈性的鐵磁性反常是由于磁致伸縮效應(yīng)而造成的，彈性的鐵磁性反常是由于磁致伸縮效應(yīng)而造成的，鐵磁體在退磁狀態(tài)下其磁疇是隨機(jī)取向的，當(dāng)有應(yīng)力時(shí)，鐵磁體在退磁狀態(tài)下其磁疇是隨機(jī)取向的，當(dāng)有應(yīng)力時(shí)，各個(gè)磁疇將通過壁移和磁矩轉(zhuǎn)動(dòng)以適應(yīng)應(yīng)力方向而降低各個(gè)磁疇將通過壁移和磁矩轉(zhuǎn)動(dòng)以適應(yīng)應(yīng)力方向而降低磁彈性能，如對(duì)力致磁質(zhì)伸縮材料加力時(shí)，其磁疇矢量磁彈性能，如對(duì)力

8、致磁質(zhì)伸縮材料加力時(shí)，其磁疇矢量必須要轉(zhuǎn)向平行于拉伸方向，因而產(chǎn)生附加伸長(zhǎng)，把這必須要轉(zhuǎn)向平行于拉伸方向，因而產(chǎn)生附加伸長(zhǎng)，把這種現(xiàn)象稱為磁質(zhì)伸縮。這個(gè)伸縮產(chǎn)生附加應(yīng)變，造成彈種現(xiàn)象稱為磁質(zhì)伸縮。這個(gè)伸縮產(chǎn)生附加應(yīng)變，造成彈性模量的虧損。性模量的虧損。 當(dāng)鐵磁體預(yù)先被處理成磁飽和態(tài)時(shí)，則應(yīng)力就不再當(dāng)鐵磁體預(yù)先被處理成磁飽和態(tài)時(shí)，則應(yīng)力就不再使疇壁移動(dòng)或磁矩轉(zhuǎn)動(dòng)，力致伸縮為零。使疇壁移動(dòng)或磁矩轉(zhuǎn)動(dòng)，力致伸縮為零。 C0C0C04、 合金化及加工硬化的影響。合金化及加工硬化的影響。 兩種普通金屬形成連續(xù)固溶體時(shí)，兩種普通金屬形成連續(xù)固溶體時(shí)，E與原子濃度成與原子濃度成直線變化。但是若組元為過渡族元

9、素時(shí)，呈現(xiàn)凸型變化，直線變化。但是若組元為過渡族元素時(shí)，呈現(xiàn)凸型變化，如圖如圖6-5，P119。這與過渡族元素未填滿的內(nèi)電子層影。這與過渡族元素未填滿的內(nèi)電子層影響原子間結(jié)合力有關(guān)。冷加工使響原子間結(jié)合力有關(guān)。冷加工使E降低，但若形成組織織降低，但若形成組織織構(gòu)時(shí)，沿軋向的構(gòu)時(shí)，沿軋向的E大幅度提高。大幅度提高。 第二節(jié)第二節(jié) 金屬的內(nèi)耗金屬的內(nèi)耗一、內(nèi)耗與滯彈性現(xiàn)象一、內(nèi)耗與滯彈性現(xiàn)象 自由振動(dòng)的物體在外界完全隔絕的系統(tǒng)中，其振動(dòng)能量也會(huì)逐自由振動(dòng)的物體在外界完全隔絕的系統(tǒng)中，其振動(dòng)能量也會(huì)逐漸衰減而使振動(dòng)停止。所以，定義：漸衰減而使振動(dòng)停止。所以，定義： 內(nèi)耗：由于內(nèi)部原因而使機(jī)械能消耗（

10、轉(zhuǎn)為熱能）的現(xiàn)象。內(nèi)耗：由于內(nèi)部原因而使機(jī)械能消耗（轉(zhuǎn)為熱能）的現(xiàn)象。 理想彈性體：遵守虎克定律，即應(yīng)力是應(yīng)變單值函數(shù)。理想彈性體：遵守虎克定律，即應(yīng)力是應(yīng)變單值函數(shù)。 實(shí)際彈性體：在一定應(yīng)力下，產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)應(yīng)變實(shí)際彈性體：在一定應(yīng)力下，產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)應(yīng)變 ，還產(chǎn)生一，還產(chǎn)生一個(gè)隨時(shí)間而變化的附加應(yīng)變（馳豫應(yīng)變）個(gè)隨時(shí)間而變化的附加應(yīng)變（馳豫應(yīng)變） ，這一現(xiàn)象為彈性，這一現(xiàn)象為彈性蠕變。蠕變。 當(dāng)應(yīng)力去除后，應(yīng)變不完全消失，有一部分隨著時(shí)當(dāng)應(yīng)力去除后，應(yīng)變不完全消失，有一部分隨著時(shí)間延長(zhǎng)而逐漸回復(fù)。這為彈性后效。間延長(zhǎng)而逐漸回復(fù)。這為彈性后效。 將彈性蠕變和彈性后效統(tǒng)稱為滯彈性。如圖將彈性蠕變和

11、彈性后效統(tǒng)稱為滯彈性。如圖6-9，P122。 所以，實(shí)際金屬的應(yīng)力不僅與應(yīng)變有關(guān)，還與所以，實(shí)際金屬的應(yīng)力不僅與應(yīng)變有關(guān)，還與時(shí)間有關(guān)，即應(yīng)力與應(yīng)變之間不呈現(xiàn)單值關(guān)系，不服從時(shí)間有關(guān)，即應(yīng)力與應(yīng)變之間不呈現(xiàn)單值關(guān)系，不服從虎克定律?；⒖硕?。 馳豫時(shí)間：在應(yīng)變馳豫中，完成最大馳豫應(yīng)變所需馳豫時(shí)間：在應(yīng)變馳豫中，完成最大馳豫應(yīng)變所需的時(shí)間。的時(shí)間。 第二節(jié)第二節(jié) 金屬的內(nèi)耗金屬的內(nèi)耗二、滯彈性內(nèi)耗的產(chǎn)生二、滯彈性內(nèi)耗的產(chǎn)生 滯彈性體在交變應(yīng)力下，因?yàn)橛旭Y豫應(yīng)變，應(yīng)變總滯彈性體在交變應(yīng)力下，因?yàn)橛旭Y豫應(yīng)變，應(yīng)變總是落后于應(yīng)力的變化，即應(yīng)力與應(yīng)變的變化比存在時(shí)間是落后于應(yīng)力的變化，即應(yīng)力與應(yīng)變的變化

12、比存在時(shí)間差。與電工學(xué)中的在回路有感、容負(fù)載時(shí)的電壓與電流差。與電工學(xué)中的在回路有感、容負(fù)載時(shí)的電壓與電流的關(guān)系相類似：的關(guān)系相類似： tsin0)sin(0t如圖如圖6-11，P124.當(dāng)當(dāng) 與與 作用為作用為6-11(b)時(shí)，形成一個(gè)密封時(shí)，形成一個(gè)密封回線，該回線所圍面積為應(yīng)力應(yīng)變一周時(shí)振動(dòng)能量在材料內(nèi)部的回線，該回線所圍面積為應(yīng)力應(yīng)變一周時(shí)振動(dòng)能量在材料內(nèi)部的損耗，以熱能的形式釋放。損耗，以熱能的形式釋放。 需要說明的是：若加、卸載時(shí)間極慢，即在靜態(tài)實(shí)驗(yàn)條件下需要說明的是：若加、卸載時(shí)間極慢，即在靜態(tài)實(shí)驗(yàn)條件下應(yīng)力與應(yīng)變不出現(xiàn)滯后回線。即無內(nèi)耗。應(yīng)力與應(yīng)變不出現(xiàn)滯后回線。即無內(nèi)耗。 第

13、三節(jié)第三節(jié) 產(chǎn)生內(nèi)耗的機(jī)制產(chǎn)生內(nèi)耗的機(jī)制一、溶質(zhì)原子應(yīng)力感生有序引起內(nèi)耗一、溶質(zhì)原子應(yīng)力感生有序引起內(nèi)耗 在晶體中造成不對(duì)稱畸變的溶質(zhì)原子，在無應(yīng)力時(shí)在晶體中造成不對(duì)稱畸變的溶質(zhì)原子，在無應(yīng)力時(shí)呈無序分布，在外應(yīng)力作用下，它們將會(huì)沿某一方向呈無序分布，在外應(yīng)力作用下，它們將會(huì)沿某一方向擇優(yōu)分布以降低畸變能。這種現(xiàn)象為應(yīng)力感生有序。擇優(yōu)分布以降低畸變能。這種現(xiàn)象為應(yīng)力感生有序。由于感生有序是通過溶質(zhì)原子的擴(kuò)散來實(shí)現(xiàn)，故這一由于感生有序是通過溶質(zhì)原子的擴(kuò)散來實(shí)現(xiàn)，故這一過程需要一定的馳豫時(shí)間，并產(chǎn)生附加應(yīng)變。過程需要一定的馳豫時(shí)間，并產(chǎn)生附加應(yīng)變。二、晶格內(nèi)耗二、晶格內(nèi)耗 晶格處大部分原子排列是不

14、規(guī)則的，晶界有呈現(xiàn)非晶格處大部分原子排列是不規(guī)則的，晶界有呈現(xiàn)非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，具有粘滯性。粘滯性是流體的特性，晶態(tài)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，具有粘滯性。粘滯性是流體的特性，表現(xiàn)為不能承受切應(yīng)力的作用。所以晶界在切應(yīng)力作表現(xiàn)為不能承受切應(yīng)力的作用。所以晶界在切應(yīng)力作用下將會(huì)發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)。在交變應(yīng)力作用下晶界發(fā)生用下將會(huì)發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)。在交變應(yīng)力作用下晶界發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)而產(chǎn)生馳豫應(yīng)變，造成內(nèi)耗。相對(duì)滑動(dòng)而產(chǎn)生馳豫應(yīng)變，造成內(nèi)耗。 到目前為止內(nèi)耗研究所提供的資料表明到目前為止內(nèi)耗研究所提供的資料表明,所有阻尼效應(yīng)都所有阻尼效應(yīng)都包含著在應(yīng)力作用下固體內(nèi)部的重構(gòu)過程包含著在應(yīng)力作用下固體內(nèi)部的重構(gòu)過程:熱的重構(gòu)、磁熱

15、的重構(gòu)、磁的重構(gòu)和原子的重構(gòu)。的重構(gòu)和原子的重構(gòu)。關(guān)于熱的重構(gòu)應(yīng)該怎樣來理解呢關(guān)于熱的重構(gòu)應(yīng)該怎樣來理解呢?從宏觀來看從宏觀來看,固體體積固體體積的改變將引起溫度的改變的改變將引起溫度的改變:當(dāng)固體受壓時(shí)溫度將升高當(dāng)固體受壓時(shí)溫度將升高,而而受拉時(shí)則溫度下降。以簧片彎曲為例受拉時(shí)則溫度下降。以簧片彎曲為例,由于受彎內(nèi)側(cè)將發(fā)由于受彎內(nèi)側(cè)將發(fā)熱而外側(cè)將冷卻熱而外側(cè)將冷卻,在受壓與受拉部分間將產(chǎn)生熱流。如果在受壓與受拉部分間將產(chǎn)生熱流。如果簧片作彎曲振動(dòng)簧片作彎曲振動(dòng),這種熱流將往復(fù)地越過簧片的中性面。這種熱流將往復(fù)地越過簧片的中性面。如果振動(dòng)無限緩慢如果振動(dòng)無限緩慢,熱交換是等溫的熱交換是等溫的,

16、因而是一個(gè)可逆過因而是一個(gè)可逆過程。換言之程。換言之,當(dāng)簧片以很低的頻率振動(dòng)時(shí)當(dāng)簧片以很低的頻率振動(dòng)時(shí),內(nèi)部將沒有損內(nèi)部將沒有損耗。如果振動(dòng)頻率很高以致沒有時(shí)間讓熱流通過中性面耗。如果振動(dòng)頻率很高以致沒有時(shí)間讓熱流通過中性面,則可看成絕熱過程則可看成絕熱過程,這時(shí)內(nèi)部也沒有損耗。當(dāng)振動(dòng)周期和這時(shí)內(nèi)部也沒有損耗。當(dāng)振動(dòng)周期和熱流往復(fù)流動(dòng)的時(shí)間相近時(shí)熱流往復(fù)流動(dòng)的時(shí)間相近時(shí),簧片振動(dòng)的機(jī)械能才不可逆簧片振動(dòng)的機(jī)械能才不可逆地轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿剞D(zhuǎn)變?yōu)闊崮?從而表現(xiàn)為內(nèi)耗。這種內(nèi)耗稱為從而表現(xiàn)為內(nèi)耗。這種內(nèi)耗稱為“熱彈性熱彈性內(nèi)耗內(nèi)耗”。 從鐵磁理論知道從鐵磁理論知道,鐵磁體中存在著自發(fā)磁化和磁疇鐵磁體中存

17、在著自發(fā)磁化和磁疇結(jié)構(gòu)。鐵磁體的磁化必將出現(xiàn)磁致伸縮效應(yīng)結(jié)構(gòu)。鐵磁體的磁化必將出現(xiàn)磁致伸縮效應(yīng),在應(yīng)力在應(yīng)力的作用下存在磁彈性能的作用下存在磁彈性能,因而可能引起磁疇的轉(zhuǎn)動(dòng)和因而可能引起磁疇的轉(zhuǎn)動(dòng)和疇壁的推移。這種由于交變應(yīng)力引起磁疇的運(yùn)動(dòng)是疇壁的推移。這種由于交變應(yīng)力引起磁疇的運(yùn)動(dòng)是一個(gè)不可逆過程一個(gè)不可逆過程,達(dá)到了鐵磁體內(nèi)部磁的重構(gòu)。這一達(dá)到了鐵磁體內(nèi)部磁的重構(gòu)。這一過程在能量上也引起從機(jī)械能到熱能的轉(zhuǎn)換過程在能量上也引起從機(jī)械能到熱能的轉(zhuǎn)換,在一定在一定的條件下將表現(xiàn)為很高的內(nèi)耗的條件下將表現(xiàn)為很高的內(nèi)耗,通常稱為通常稱為“磁彈性內(nèi)磁彈性內(nèi)耗耗”。 從分子從分子(或原子或原子)的觀點(diǎn)對(duì)

18、固體粘滯性效應(yīng)的觀點(diǎn)對(duì)固體粘滯性效應(yīng)(如如金屬的滯彈性金屬的滯彈性)的解釋還不能令人滿意的解釋還不能令人滿意,這主要是因這主要是因?yàn)檫@種微觀過程如何使機(jī)械能變成熱能仍不太清楚。為這種微觀過程如何使機(jī)械能變成熱能仍不太清楚。許多研究者的工作表明許多研究者的工作表明,材料的內(nèi)耗與晶體缺陷在應(yīng)力材料的內(nèi)耗與晶體缺陷在應(yīng)力作用下的行為有密切關(guān)系。那么作用下的行為有密切關(guān)系。那么,晶體缺陷在應(yīng)力作用晶體缺陷在應(yīng)力作用下有什么表現(xiàn)呢下有什么表現(xiàn)呢?以點(diǎn)缺陷以點(diǎn)缺陷(如間隙原子、置換原子、如間隙原子、置換原子、空位以及它們的集合體空位以及它們的集合體)為例為例,它們?cè)诰w中通常作完全它們?cè)诰w中通常作完全無

19、規(guī)則分布無規(guī)則分布,稱為無序狀態(tài)。如果點(diǎn)缺陷在晶體中引起稱為無序狀態(tài)。如果點(diǎn)缺陷在晶體中引起的畸變是對(duì)稱的的畸變是對(duì)稱的,那么應(yīng)力將無法改變其分布的無序狀那么應(yīng)力將無法改變其分布的無序狀態(tài)。現(xiàn)假定某種點(diǎn)缺陷對(duì)其周圍原子產(chǎn)生不對(duì)稱的畸態(tài)。現(xiàn)假定某種點(diǎn)缺陷對(duì)其周圍原子產(chǎn)生不對(duì)稱的畸變變,在未施加應(yīng)力時(shí)在未施加應(yīng)力時(shí),它們?cè)诟鞯刃Ьw學(xué)位置的畸變能它們?cè)诟鞯刃Ьw學(xué)位置的畸變能量相等量相等,故其分布仍然是無序狀態(tài)。如果對(duì)這種存在不故其分布仍然是無序狀態(tài)。如果對(duì)這種存在不對(duì)稱畸變點(diǎn)缺陷的固體施加單向應(yīng)力對(duì)稱畸變點(diǎn)缺陷的固體施加單向應(yīng)力,這些晶體學(xué)位置這些晶體學(xué)位置的能量即出現(xiàn)差異的能量即出現(xiàn)差異,點(diǎn)缺

20、陷將重新分布而偏離無序狀態(tài)點(diǎn)缺陷將重新分布而偏離無序狀態(tài),這種對(duì)無序狀態(tài)的偏離稱為有序化這種對(duì)無序狀態(tài)的偏離稱為有序化,由應(yīng)力引起點(diǎn)缺陷由應(yīng)力引起點(diǎn)缺陷偏離無序分布的現(xiàn)象稱為偏離無序分布的現(xiàn)象稱為“應(yīng)力感生有序應(yīng)力感生有序”,用有序度用有序度來進(jìn)行量度。來進(jìn)行量度。斯諾克峰斯諾克峰體心立方晶體心立方晶體中間隙原子引起的內(nèi)耗體中間隙原子引起的內(nèi)耗對(duì)于含碳與氮的鐵如果用近似于的頻率測(cè)量其內(nèi)耗,可以發(fā)現(xiàn)在室溫附近出現(xiàn)弛豫內(nèi)耗峰,這里含氮的 固溶體和含碳的 固溶體內(nèi)耗峰的位置不同,根據(jù)斯諾克的解釋,體心立方中的碳、氮間隙原子不是處在點(diǎn)陣中最大空隙的四面體中心位置,而是處在八面體中心位置,即晶胞棱中心以

21、及與其晶體學(xué)等效的面心位置,如圖所示。顯然,處在這些位置的一個(gè)間隙原子將產(chǎn)生四方對(duì)稱的畸變,即最大畸變?cè)趦蓚€(gè)最鄰近的鐵原子方向, 第四節(jié)第四節(jié) 內(nèi)耗的測(cè)量?jī)?nèi)耗的測(cè)量一 、 扭 擺一 、 扭 擺法。法。 扭擺法是扭擺法是我國(guó)物理我國(guó)物理學(xué)家葛庭學(xué)家葛庭熔在熔在60年年代創(chuàng)建的，代創(chuàng)建的，并被國(guó)際并被國(guó)際上命名為上命名為葛氏扭擺葛氏扭擺法。法。 第五節(jié)第五節(jié) 內(nèi)耗在金屬研究中的應(yīng)用內(nèi)耗在金屬研究中的應(yīng)用 可以測(cè)定擴(kuò)散參量、固溶體的濃度等?？梢詼y(cè)定擴(kuò)散參量、固溶體的濃度等。研究擴(kuò)散時(shí)通常必須在試樣中造成一個(gè)濃度梯度,再取濃度與距離的關(guān)系作為時(shí)間的函數(shù)繪出曲線,然后根據(jù)這些曲線求出擴(kuò)散系數(shù),它是一個(gè)描

22、述擴(kuò)散過程速度的參數(shù)。根據(jù)擴(kuò)散的統(tǒng)計(jì)理論,擴(kuò)散系數(shù)D與原子跳動(dòng)頻率和點(diǎn)陣常數(shù)的平方成正比式中為與點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)類型有關(guān)的常數(shù)。一個(gè)原子從它的出發(fā)位置所走的平均距離應(yīng)正比于其跳動(dòng)次數(shù)的平方根。因此,為了擴(kuò)散一定距離,即使是0.1mm距離,原子的平均跳動(dòng)也需1010到1011次。如果這個(gè)過程在低溫下進(jìn)行,原子的跳動(dòng)頻率為每秒一次,則擴(kuò)散0.1mm距離就需要三百年的時(shí)間。如果在一個(gè)有限的時(shí)間內(nèi)要完成這樣多次跳動(dòng)(即達(dá)到擴(kuò)散一定距離),則跳動(dòng)頻率就要求非常高。迪克斯徹首先用上述方法來研究迪克斯徹首先用上述方法來研究 -鐵中氮和碳原子的沉淀。當(dāng)鐵中氮和碳原子的沉淀。當(dāng)振動(dòng)頻率約振動(dòng)頻率約1Hz時(shí)時(shí),氮的內(nèi)耗峰

23、在氮的內(nèi)耗峰在 、碳在、碳在 。由于在這樣低。由于在這樣低的溫度下沉淀速率可以忽略的溫度下沉淀速率可以忽略,因此可以先把樣品從滲碳或滲氮的因此可以先把樣品從滲碳或滲氮的溫度淬火下來溫度淬火下來,然后在所需的沉淀溫度作不同時(shí)間的回火處理。然后在所需的沉淀溫度作不同時(shí)間的回火處理。每次熱處理后把絲狀樣品淬火以防止進(jìn)一步發(fā)生沉淀每次熱處理后把絲狀樣品淬火以防止進(jìn)一步發(fā)生沉淀,然后在扭然后在扭擺儀上測(cè)量斯諾克峰的高度擺儀上測(cè)量斯諾克峰的高度,這樣從斯諾克峰高可以求得留在固這樣從斯諾克峰高可以求得留在固溶體中的溶質(zhì)數(shù)量溶體中的溶質(zhì)數(shù)量,因而也就得到一定溫度下隨回火時(shí)間變化的因而也就得到一定溫度下隨回火時(shí)間變化的沉淀量。為了得到在第二個(gè)溫度下同樣的回火曲線沉淀量。為了得到在第二個(gè)溫度下同樣的回火曲線,只要把原來只要把原來的樣品重新固溶處理、淬火并重復(fù)上述過程就可以了。迪克斯徹的樣品重新固溶處理、淬火并重復(fù)上述過程就可以了。迪克斯徹發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn),250oC回火時(shí)氮在回火時(shí)氮在-鐵中發(fā)生沉淀有兩個(gè)相繼的階段鐵中發(fā)生沉淀有兩個(gè)相繼的階段,第一第一階段在基體的階段在基體的(100)晶面上形成一種亞穩(wěn)相薄片晶面上形成一種亞穩(wěn)相薄片,而在第二階段則而在第二階