控制變形原理與應(yīng)用基礎(chǔ)(5)課件

1、控制變形原理與應(yīng)用基礎(chǔ)第四章、高溫變形行為的表征4.1 經(jīng)驗(yàn)與半經(jīng)驗(yàn)定律4.1.1 經(jīng)驗(yàn)定律經(jīng)驗(yàn)規(guī)律是將實(shí)驗(yàn)點(diǎn)表示為數(shù)學(xué)的函數(shù)形式，如果變量X 對Y值大小的影響確實(shí)存在，即在 XY平面上實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的分布不是任意的，人們總是可以發(fā)現(xiàn)一個(gè)數(shù)學(xué)關(guān)系 如含有若干個(gè)常數(shù)的多項(xiàng)式。足夠多的項(xiàng)數(shù)可保證多項(xiàng)式的精度（項(xiàng)的數(shù)量和實(shí)驗(yàn)分散度成反比）。這些分式只對特定實(shí)驗(yàn)條件有效，而且不管對工程師有何實(shí)際意義，卻毫無物理價(jià)值。第四章、高溫變形行為的表征4.1 經(jīng)驗(yàn)與半經(jīng)驗(yàn)定律4.1.2 半經(jīng)驗(yàn)定律半經(jīng)驗(yàn)規(guī)律也是實(shí)驗(yàn)結(jié)果的數(shù)學(xué)表達(dá)式，但選擇函數(shù)形式是從變形物理機(jī)制的某種假設(shè)出發(fā)，使之最好地表達(dá)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，表達(dá)式有一定的物理

2、意義。半經(jīng)驗(yàn)規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式可以歸類實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析數(shù)據(jù)，建立關(guān)系并提出物理模型，因此是很有價(jià)值的。第四章、高溫變形行為的表征4.2 高溫變形行為的表征4.2.1 變量選擇2個(gè)力學(xué)變量2個(gè)物理變量1個(gè)運(yùn)動學(xué)變1個(gè)材料變量第四章、高溫變形行為的表征4.2 高溫變形行為的表征4.2.2 半經(jīng)驗(yàn)定律（4.1）式相應(yīng)于恒載荷或恒應(yīng)力蠕變,此時(shí)可直接測量的變量是應(yīng)變速度；（4.2）式與高溫變形相對應(yīng)（拉伸，壓縮，扭轉(zhuǎn)，擠壓等），此處所測量的是為使樣品以給定速度變形的外應(yīng)力的大小。第四章、高溫變形行為的表征4.2 高溫變形行為的表征4.2.2 半經(jīng)驗(yàn)定律盡管上述兩種情況的實(shí)驗(yàn)條件完全不同，但其機(jī)制是相聯(lián)系的

3、，不管采用什么樣的半經(jīng)驗(yàn)公式，在相同的實(shí)驗(yàn)條件下由蠕變和熱變形兩種方法所得到 和 之間的關(guān)系完全一致。在高速熱變形實(shí)驗(yàn)中，能量消耗與 成正比，其大小是相當(dāng)可觀的（擠壓時(shí)可達(dá)100s-1 ）。這時(shí)金屬在變形過程中被隔絕加熱，溫度可以比名義實(shí)驗(yàn)溫度高出許多(200）。無論如何也不能直接得到一個(gè)通用公式將 表示成其它變量的函數(shù)。因此，首先應(yīng)對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析，只保留一個(gè)變量而將其它的固定。 第四章、高溫變形行為的表征4.3 隨時(shí)間的變化Andrade定律4.3.1 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象圖4.1 蠕變曲線和與之對應(yīng)的蠕變速率t關(guān)系 （a）恒載荷 （b）恒應(yīng)力第四章、高溫變形行為的表征4.3 隨時(shí)間的變化Andrade

4、定律4.3.1 半經(jīng)驗(yàn)表達(dá)將隨著 t 的變化規(guī)律不同的幾個(gè)項(xiàng)疊加，是定性的，卻賦予了一定的物理意義。1910年Andrade奠定塑性流變研究基礎(chǔ)。他證實(shí)了恒載荷蠕變由三個(gè)階段組成，對于恒應(yīng)力蠕變而言，在初始階段之后便是塑性流變，塑性流變的速度在相當(dāng)長的進(jìn)間才趨于常數(shù)。找到了一個(gè)能夠描述初始蠕變階段變形速度減小，而當(dāng)t時(shí)變形速度為常數(shù)的表達(dá)式。k 代表恒變形速度，即當(dāng)t時(shí)變形速度的極限值 第四章、高溫變形行為的表征4.4 靜水壓力P對 的影響當(dāng)P增加時(shí)擴(kuò)散系數(shù)稍稍減小。如同后面將詳細(xì)論及的那樣，高溫變形是由自擴(kuò)散控制的。因此可以預(yù)料當(dāng)P增加時(shí)蠕變速度會減小。事實(shí)上靜水壓力下的蠕變實(shí)驗(yàn)已清楚地證實(shí)

5、了這一作用，但其影響是很小的。靜水壓力不涉及裂紋的孔洞的成核但阻礙這些缺陷的長大，因?yàn)殚L大過程引起體積的增加。應(yīng)用靜水壓力可以使銅絲在30MPa應(yīng)力下蠕變的壽命提高2.5倍。第四章、高溫變形行為的表征4.5 溫度、應(yīng)力與組織對 的影響仍是Andrade（1910，1914）首先系統(tǒng)分析了這一現(xiàn)象，研究了各種金屬和合金系統(tǒng)地改變溫度和應(yīng)力后的恒應(yīng)力蠕變。研究結(jié)果定量地表明穩(wěn)態(tài)蠕變速度 （Andrade記為k）隨著溫度和應(yīng)力而升高。此外發(fā)現(xiàn)并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了富有成果的見解：各種金屬在不同的溫度下可以表現(xiàn)出相似的蠕變行為，從而提出了等價(jià)溫度的概念第四章、高溫變形行為的表征4.5 溫度、應(yīng)力與組織對 的影響

6、利用變形速度變化和溫度變化的影響之間的一種定量等價(jià)關(guān)系，Zener和Hollomon在1944年提出并實(shí)驗(yàn)證實(shí)了確定鋼的高速拉伸實(shí)驗(yàn)（） 關(guān)系的一種方法（Zener， Hollomon 1944)。該方法的主要考慮如下：在室溫或低于室溫，鋼的、 間的關(guān)系取決于變形速度 和溫度 T，而對 和 T 的依賴性可以用一個(gè)參數(shù) Z 來表示。圖4.2 一種鋼的溫度和變形速度的等價(jià)關(guān)系 （Zener.Hollomon 1944）第四章、高溫變形行為的表征Zener 和Hollomon參數(shù)失去原來形式在這個(gè)公式中，可將溫度的影響與應(yīng)力和組織的影響清楚地分離。公式已為大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)所證實(shí)，所有的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)都位于Z=f() 線上。因此可以分離溫度的影響，從而求出同一材料在已