习题1热变形参考答案

一、基本概念
恒载荷蠕变：拉伸时，作用在样品上的载荷恒定不变，即拉伸力保持不变的变形过程。

恒应力蠕变：拉伸时，塑性变形后，截面不断减小，但作用在样品上的应力恒定，载荷在一直变化的变形过程。

恒应变速率变形：在拉伸试验过程中，样品的变形速率保持恒定（此时要保证夹头速率不断增加）。

恒拉伸速度变形：在拉伸试验过程中，样品的拉伸速率保持恒定，即夹头移动速率恒定（应变速率是减小的）。

变形速度激活能：金属发生塑性变形时，是一个热激活的过程，在此过程中金属原子发生剧烈的热运动，这需要原子跨越一个能量“门槛值”而需要的能量就称为变形激活能
时效成形：时效成形是将零件成形和人工时效处理相结合的新型成形工艺.它能够改善合金的微观组织,提高材料强度,降低残余内应力水平,增强耐应力腐蚀能力,延长零件使用寿命。

应变硬化：常温下钢经过塑性变形后，内部组织将发生变化，晶粒沿着变形最大的方向被拉长，晶格被扭曲，从而提高了材料的抗变形能力。

这种现象称为应变硬化或加工硬化。

应变速率硬化：当应变速率提高后，材料的屈服强度及拉伸极限强度都会增加。

二、问答
1. 请论述多晶体热变形激活能的理论意义，并介绍其在控制应力的蠕变变形实验中的测试方法。

答：变形激活能反应材料热变形的难易程度，也是材料在热变形过程中重要的力学性能参数。

通过对激活能值的分析可以推断回复机制，激活能控制塑性变形速率,动态回复和动态在结晶，激活能Q 越大，变形速率越小，材料越难变形，高温塑性变形的显著特点就是变形速 度受热激活过程控制，即遵从Arrhenius 方程：
)(e x p ..)(e x p ),(..0
0RT Q RT Q y -=-=εεσεε
1等温法：
采用将多个样品在相同应力和不同温度条件下蠕变，测量蠕变曲线在亚稳态阶段的斜率，表示成)l og(∙ε和1/T 的函数关系的形式，并将结果表示在)l og(∙ε和1/T 坐标上，和实验点吻合最好的直线的斜率即为Q 值 。

2时间补偿法：在蠕变稳态阶段
)()e x p()e x p()e x p(......00000θεεεεεεf RT Q t d t RT Q d t RT
Q t t =⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=-==-=⎰⎰
)exp(RT Q t -=θ
可见若将ε
表示为补偿时间θ的函数，则不同温度和相同应力条件下得到的蠕变曲线相互重合，求以此来求Q 值。

也可将不同温度下达到给定变形ε所需时间的对数表示成 1/T 的函数，所得直线的斜率即Q 值。

3变温法：
在恒应力作用下，在同一样品上施以极快的温度跳跃。

测出T1时的蠕变速度1.ε，温度T2
时为2.ε，根据（5.1）式可以得出Q 。

该方法的优越性在于如果温度跳跃速度足够快，则可以保证样品的组织不变，故测量的是恒组织和恒应力下的激活能。

但是由于试验机的热滞性，实际上很难施行快速温度跳跃。

只有系统在新温度下重新达到平衡时，才能测量出有意义的Q 值，而这时样品的组织亦可能变化到新的平衡状态。

还可用于控制速度的变形实验（扭转、挤压等），此时应力是不恒定的。

2. 推导拉伸试验中应变速率与拉伸机夹头移动速度之间的关系。

3请论述多晶体热变形激活能的理论意义，并介绍其在控制速度的热压缩变形实验中的测试方法。

变形激活能反应材料热变形的难易程度，也是材料在热变形过程中重要的力学性能参数。

通过对激活能值的分析可以推断回复机制，激活能控制塑性变形速率,动态回复和动态再结晶，激活能Q 越大，变形速率越小，材料越难变形，高温塑性变形的显著特点就是变形速度受热激活过程控制，即遵从Arrhenius 方程：
)(exp ..)(exp ),(..00RT
Q RT
Q y -=-=εεσεε
4. 请论述多晶体热变形激活能的理论意义，并介绍其在控制速度的超塑性变形实验中的测试方法。

同上
三、判断
1. 在某一种金属材料的拉伸试验中，可根据不同材料的应力应变曲线弹性变形阶段斜率的大小对比其弹性极限的大小。

错误，斜率=弹性模量。

2. 一般情况下，对于同一种金属材料，采用慢应变速率拉伸方法测试出的力学性能要稍低于常规拉伸所获得的力学性能数值。

正确。

)(exp ..)(exp ),(..00RT
Q RT Q y -=-=εεσεε
四、简单计算
1. 采用高温慢应变速率拉伸方法研究5A90铝锂合金的变形行为，采用板形试样，试样厚2mm，宽和标距长度分别为6mm和10mm。

拉伸完成后将断裂后的试样拼合测量标距部分长度为78mm，宽和厚度分别为3mm和0.5mm，下表给出了计算机记录的部分载荷和位移数据。

位移(mm) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 ... 95（断裂）载荷(N) 0 40 90 180 120 90 80 0
计算：
（1）试样断裂后伸长率的工程应变和真应变。

（2）试样断裂后断面收缩率的工程应变和真应变。

（3）拉伸至位移为0.5mm时伸长率的真应变与该时刻的真应力。