铝合金时效蠕变与时效应力松弛关系
1 蠕变与应力松弛的关系
应力松弛与蠕变两种现象的不同之处在于蠕变过 程一般保持恒定的应力， 而应力松弛是在总变形量不变 的情况下， 随时间的延长弹性变形不断转化为塑性变 形。表 1 列出了蠕变和应力松弛过程中应力和应变随 时间变化的对比关系。
表1 蠕变和应力松弛的应力、应变随时间延长时的变化情况 应力、 应变 弹性应变 εe 塑性应变 εp 总应变 ε 应力 σ 蠕变 不变 增加 增加 不变 应力松弛 减小 增加 不变 减小
实际上在应力松弛变形过程的某一时刻 t， 如果试 件所受的应力为 σ ， 在 t 到 t +Δt 时间内产生的塑性变 形量为 ε C， 如图 1（a） 所示， 其中 Δt 为微小的时间增 量。则在该微小时间段内， 试件应力可视为恒定值， 发
εC
Δ ε C
ε εC Δ C σ ε =C σ+C'
o
t t +#39; +Δt
（b）
t
图1 蠕变与应力松弛关系分析示意图 Fig.1 Analysis between creep aging and stress relaxation
2011 年第 11 期·航空制造技术
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学术论文
RESEARCH
生的变形可视为应力为 σ 的蠕变过程， 如图 （ 1 b） 所示。 因此， 应力松弛过程可等效为多个微小时间段蠕变的累 积。 应力松弛过程中的应力应变满足如下关系：
ε = εe + εp = σ + εp 。 E
值为
（1）
两边对时间取导数后， 得：
dεp = − 1 dσ 。 dt E dt
（2）
若取 v（或 εt） ≈
dεp ， dt
则应力松弛速度和蠕变速度的关系为
vτ = −Ev ，
σ1=σ0-EΔ ε1 。 （4） 在应力松弛曲线上可以得到一个相应的点 a 。再在 应力为 σ1 的蠕变曲线上， 得到由时间 t1 到 t2 的塑性应 变值 Δ ε 又可求出应力松弛曲线中在 t2 时刻的剩余应 2， 力 σ2， 其值为： σ2=σ1-EΔ ε2 。 （5） 并可得到相应的 b 点。依此类推， 可以获得图 2 （b） 所示的应力松弛曲线。因此， 当时间间隔取得愈小时， 即应力值变化愈小时， 得到的应力松弛曲线将愈接近实 际结果。 因此， 由材料的蠕变特性可推知其应力松弛特性。
（3）
2 蠕变曲线与应力松弛曲线转换试验
为了验证上述蠕变与应力松弛曲线转换方法， 本课 题以常用的 7075T6 铝合金为研究对象， 参考材料热处 理规范 [8] 对其 177℃下的蠕变与应力松弛特性进行试 验研究， 时效时间为 8~10h。 [9] 根据标准 《金属拉伸蠕变及持久试验方法》 ， 设计 试验件形状如图 3 所示。
* 陕西省 “13115” 科技创新工程重大科技专项 （2007ZDKG-65） 资助 项目。
穆霞英 [6] 认为应力松弛产生的原因是由于弹性 变形转化为蠕变变形， 引起应力相应减少， 松弛过程中 随时间增加的蠕变变形与蠕变成形中的蠕变现象都可 以用位错理论来解释， 松弛是蠕变现象的另一种表现。 [7] A.R.Hunter 等 认为， 材料在长期扭力作用下， 会发生 应力松弛现象， 其本质是存在蠕变行为。这表明蠕变与 应力松弛在机理上是统一的， 二者之间应存在转化关 系。
RESEARCH
学术论文
铝合金时效蠕变与时效应力松弛关系研究 *
Research on Relationship Between Agling Creep and Stress Relaxation of Al-Alloy
西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室 黄晓婧 王俊彪 张贤杰
[ 摘要 ] 分析了材料蠕变与应力松弛的关系， 提出 了一种由材料蠕变曲线获取应力松弛曲线的转换方法。 以铝合金 7075T6 为试验材料在 177℃时效温度下实施 了蠕变与应力松弛试验， 通过比较试验应力松弛曲线与 此转换方法得到的应力松弛曲线， 验证了转换方法的准 确性。 关键词：时效 蠕变 应力松弛 铝合金 [ABSTRACT] A theoretical method for obtaining stress relaxation curve from creep curve is proposed in this paper. This method is based on the analysis of relationship between creep and stress relaxation. In order to verify the theoretical model, creep and stress relaxation experiments at 177 ℃ on 7075T6 aluminum alloy are performed, and results are compared with those predicted by the model for stress relaxation. Good agreements between the model predictions and the experiment results are found. Keywords: Aging Creep Stress relaxation Alu-minum alloy 蠕变与应力松弛是金属材料在不同条件下表现出 来的两种性质。所谓蠕变是指当试件受恒定的外力作 用时， 试件的变形随时间的增长而缓慢增大的现象。应 力松弛是指当试件的变形在恒温下保持不变时， 试件的 应力随着时间增加而减少的现象。 对于铝合金材料， 两种性质可与人工时效处理结合 起来应用于大型薄壁结构件的成形， 分别称为时效蠕变 成形和时效应力松弛成形。时效蠕变成形 [1-3] 主要是将 材料的人工时效与蠕变成形结合， 即利用时效处理得到 铝合金所需性能， 同时利用材料在弹性应力作用下发生 的蠕变变形， 得到具有一定形状的结构件。时效应力松 [4-5] 弛成形 是利用材料应力松弛特性， 使待成形零件的 弹性预应变在一定的温度下经过一定时间部分地转化 为塑性应变， 从而实现零件成形并同时完成时效处理的 一种工艺方法。
《6061铝合金热变形及时效行为研究》范文
《6061铝合金热变形及时效行为研究》篇一一、引言铝合金作为一种轻质、高强度的金属材料，广泛应用于航空、汽车、电子等领域。
其中，6061铝合金因其良好的可塑性、优良的机械性能和耐腐蚀性等特点，受到了广泛关注。
本文以6061铝合金为研究对象，通过对其热变形行为及时效行为的研究，旨在揭示其微观组织结构与性能之间的关系，为优化其加工工艺和提升材料性能提供理论依据。
二、材料与方法1. 材料准备选用高纯度的6061铝合金作为研究对象，通过铸造、均匀化处理等工艺制备出实验所需的铝合金铸锭。
2. 实验方法（1）热变形实验采用热模拟试验机进行热变形实验，设定不同的变形温度、变形速率和变形程度，观察并记录实验过程中的现象。
（2）时效处理将热变形后的试样进行时效处理，设定不同的时效温度和时间，观察并记录时效过程中的微观组织变化。
（3）微观组织观察采用金相显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等设备，对热变形和时效处理后的试样进行微观组织观察，分析其组织结构、晶粒大小及分布等情况。
（4）性能测试对热变形和时效处理后的试样进行力学性能测试，包括硬度、拉伸强度、屈服强度等指标，分析其性能变化规律。
三、结果与分析1. 热变形行为（1）变形温度对热变形行为的影响随着变形温度的升高，6061铝合金的塑性逐渐提高，变形抗力降低。
在较高的变形温度下，合金的动态再结晶现象更加明显，有利于提高合金的塑性。
（2）变形速率对热变形行为的影响变形速率对6061铝合金的热变形行为具有显著影响。
在较低的变形速率下，合金的塑性较好，但过低的变形速率会导致再结晶过程变得缓慢，影响合金的性能。
因此，选择合适的变形速率对于优化合金的加工工艺具有重要意义。
（3）变形程度对热变形行为的影响随着变形程度的增加，6061铝合金的晶粒逐渐细化，晶界增多，有利于提高合金的力学性能。
但过大的变形程度可能导致合金内部出现裂纹等缺陷，影响其性能。
因此，在热变形过程中需要控制好变形程度。
铝合金材料低温蠕变特性研究
铝合金材料低温蠕变特性研究近年来，随着航空航天、汽车制造等高科技领域的迅猛发展，对材料性能的需求也越来越高。
铝合金作为一种重要的结构材料，以其高强度、低密度等优势广泛应用于各个领域。
然而，在低温环境下，铝合金材料面临的蠕变问题却受到了研究者们的关注。
蠕变指的是材料在恒定应力条件下，在高温、长时间作用下，会发生不可逆性的塑性变形。
在高温条件下，铝合金的蠕变特性已经得到了广泛研究，但在低温环境下的蠕变行为及其机理却鲜有人探究。
然而，针对铝合金材料在低温下的蠕变问题进行研究，对于提高材料的使用安全性、优化结构设计具有重要意义。
首先，低温环境下的蠕变特性是与材料微观结构之间的相互作用密切相关的。
在低温条件下，晶体内部的位移难以进行，导致材料蠕变的速度较慢。
此外，低温下的晶界迁移速度也受到了限制，进一步影响了蠕变的发生。
因此，了解铝合金材料的微观结构对于研究其低温蠕变特性至关重要。
其次，低温对铝合金材料的强度和韧性产生了显著的影响。
在低温条件下，合金中的晶粒尺寸变小，晶界的精细化现象加剧，从而使材料具有更高的抗拉强度。
然而，低温蠕变过程中出现的晶界滑移带来了额外的应变，降低了材料的韧性。
因此，平衡铝合金低温强度和韧性的研究成为了一个挑战。
此外，外界应力对铝合金低温蠕变特性的影响也不能忽视。
低温环境下，材料的初始应力容易导致晶体滑移，进而引起蠕变。
研究人员通过控制外界应力的大小和方向，来减缓低温蠕变现象的发生。
此外，了解外界应力对蠕变速率的影响，对材料设计和使用具有指导意义。
在研究低温蠕变特性的基础上，科研人员还提出了一系列改进铝合金材料低温性能的方法。
例如，通过合金元素改性，可以提高材料的抗蠕变能力。
添加微纳米颗粒等细观结构也能够改善材料低温性能。
此外，利用纳米处理、热处理等工艺优化材料的微观结构，是提高材料低温性能的有效途径。
总而言之，铝合金材料低温蠕变特性研究对于提高材料的使用安全性和结构设计的优化具有重要意义。
弯曲半径和时效制度对7475铝合金蠕变时效成形的影响
0.14 0.12 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 0.00 0 8 16 24 32 40 48Байду номын сангаас
其中 η = 0 代表没有回弹，η = 1 代表板材完全回弹。 图 3 所示为试样分别在 150℃/8 h 和 170℃/8 h 的 时效制度下，回弹量与弯曲半径的关系。从图中可以 看出，成形板材的回弹量随着弯曲半径的增大而增 加。 在 150℃/8 h 的时效制度下， 弯曲半径为 1500 mm 时的回弹量为 85.6%， 而弯曲半径为 1000 mm 时则降 低至 76.8%。在试样的弯曲半径相同的情况下，时效 温度的升高可以较明显地减小回弹。例如在试样弯曲 半径为 1000 mm 的情况下，经 170℃/8 h 时效后的试 样回弹量为 65.8%， 相比于 150℃/8 h 时效后的试样降 低了 14.3%。 图 4 所示为试样在 1000 mm 弯曲半径时， 回弹量与不同时效制度的关系，可见回弹量随着时效 时间的延长而逐渐降低。图 5 所示为试样在 1000 mm
Material Sciences 材料科学, 2013, 3, 103-109 /10.12677/ms.2013.33020 Published Online May 2013 (/journal/ms.html)
Effects of Bending Radius and Ageing Conditions on the Creep Age Forming of 7475 Aluminum Alloy*
Received: Mar. 1st, 2013; revised: Mar. 4th, 2013; accepted: Apr. 5th, 2013 Copyright © 2013 Yunlai Deng et al. This is an open access article distributed under the Creative Commons Attribution License, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.
《6061铝合金应力时效组织与性能研究》范文
《6061铝合金应力时效组织与性能研究》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，铝合金因其轻质、高强、耐腐蚀等特性在航空、汽车、机械制造等领域得到了广泛应用。
6061铝合金作为典型的可热处理强化铝合金，具有优良的加工性能和力学性能，被广泛应用于各种结构件和零部件的制造。
然而，关于6061铝合金在应力时效过程中的组织与性能变化的研究尚不够深入。
因此，本文以6061铝合金为研究对象，对其应力时效组织与性能进行研究，旨在为该合金的实际应用提供理论依据。
二、材料与方法1. 材料实验所采用的6061铝合金为市售标准合金，经过适当的加工和热处理后，用于后续的应力时效实验。
2. 方法（1）组织观察：采用金相显微镜、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）对6061铝合金的微观组织进行观察。
（2）性能测试：通过拉伸试验、硬度测试和电导率测试等方法，对6061铝合金的力学性能和物理性能进行测试。
（3）应力时效处理：将6061铝合金试样进行不同时间、不同温度的应力时效处理，观察其组织与性能的变化。
三、结果与分析1. 组织观察结果（1）金相显微镜观察：6061铝合金在应力时效处理后，晶粒内部出现了一定程度的变形和析出相的分布变化。
（2）SEM观察：在SEM下观察到，随着应力时效时间的延长和温度的升高，析出相的数量和尺寸均有所增加。
（3）TEM观察：TEM观察结果显示，析出相主要为Al3Zr、Al6Fe等相，其形态和分布对合金的性能有重要影响。
2. 性能测试结果（1）力学性能：拉伸试验结果表明，随着应力时效时间的延长和温度的升高，6061铝合金的抗拉强度、屈服强度和延伸率均有所提高。
这主要是由于析出相的强化作用。
（2）物理性能：硬度测试和电导率测试结果表明，应力时效处理对6061铝合金的硬度有显著提高，而对电导率的影响较小。
这表明合金的耐磨性和耐腐蚀性得到了提高。
3. 分析讨论（1）应力时效过程中，析出相的形成和分布对合金的组织与性能具有重要影响。
蠕变及应力松弛试验
• 当试样发生应力松弛时，弹簧片逐渐回复原状，利 用差动变压器或应变电阻侧定弹簧片的回复形变， 然后换算成应力，即可测出高聚物试样的应力松弛 情况。
• CD 段，称为黏性流变，这是由于分子链之间产生了相 对滑动引起的形变，这种形变是会随时间无限发展的， 并且是不可逆形变。 • DE 段，为永久形变，由于黏性流动的不可逆形变造成 的。
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高分子材料分析与性能测试
蠕变的结果表示
• 蠕变应力：试样在加载后单位横截面上所承受的力
• 蠕变应变：试样在承受外力后单位长度的形变 • 蠕变模量：把蠕变应力与蟠变应变之比 • 在规定的温度和湿度下，在规定的时间内导致试验达 到规定的形变（应变）或导致试样断裂的应力称为蠕 变极限强度，用σt来表示。 • 蠕变断裂时间：从加满载荷时起，直至试样断裂时所 经过的时间称为，用τ来表示。
蠕变及应力松弛试验
• 一条已架设的硬聚氯乙烯管线，随着时间的增加它会 弯曲变形；一件经常挂在墙上的雨衣，由于它本身的 自重也会使它沿着悬挂方向变形。这些现象都认为是 材料的蠕变现象。 • 将一条橡皮拉伸到一定长度并使之固定起来，橡皮同 部会产生与所加外力大小相等方向相反的应力（弹 力），这种弹力会随着时间的延长而逐渐减小，慢慢 地松弛下来，这就是应力松弛。 • 蠕变现象是在恒定应力下形变随时间的发展过程； • 应力松弛是在恒定形变下应力随时间的衰减过程。 • 蠕变和应力松弛现象严重，意味着高聚物制品的尺寸 不稳定。
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高分子材料分析与性能测试
应力松弛仪示意图
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高分子材料分析与性能测试
工作原理
• 利用模量比试样的模量大得多的弹簧片，通过弹簧 片的形变来检测高聚物试样被拉伸时的应力松弛。 • 试样臵于恒温箱中，并且同弹簧片相连，当试样被 拉杆拉长时，弹簧片同时向下弯曲，试样拉伸应变 的大小由拉杆调节。 • 拉伸力为弹簧片的弹性力，通过差动变压器或应变 电阻测定弹簧片的形变量来确定。
《6061铝合金应力时效组织与性能研究》
《6061铝合金应力时效组织与性能研究》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，铝合金因其轻质、高强、耐腐蚀等特性在航空、汽车、机械制造等领域得到了广泛应用。
6061铝合金作为典型的可热处理强化合金，其应力时效组织与性能的研究对于提高材料的综合性能具有重要意义。
本文以6061铝合金为研究对象，通过对其应力时效组织与性能的深入研究，旨在揭示其组织结构与性能之间的关系，为实际生产与应用提供理论依据。
二、材料与方法2.1 材料制备实验所采用的6061铝合金材料为市售标准合金，经过适当的铸造、热处理和加工过程得到实验所需的各种样品。
2.2 实验方法（1）组织观察：采用金相显微镜、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）对6061铝合金的应力时效组织进行观察和分析。
（2）力学性能测试：对不同条件下处理得到的样品进行拉伸、压缩、硬度等力学性能测试。
（3）电导率测试：采用电导率测试仪对材料的导电性能进行测试。
三、结果与分析3.1 应力时效组织观察通过金相显微镜、SEM和TEM观察发现，6061铝合金在应力时效过程中，晶界处出现大量析出相，且析出相的种类和数量随应力时效时间的延长而发生变化。
同时，晶内也出现明显的位错和亚结构变化。
3.2 力学性能分析实验结果表明，随着应力时效时间的延长，6061铝合金的强度和硬度逐渐提高，而延伸率则有所降低。
这主要是由于应力时效过程中析出相的增多和晶内位错密度的增加所导致的。
此外，材料的抗拉强度和屈服强度也表现出明显的时效硬化现象。
3.3 电导率变化在应力时效过程中，6061铝合金的电导率呈现出先升高后降低的趋势。
这主要是由于在时效初期，晶界处析出相的增多有助于提高电子的传导能力；而随着时效时间的延长，析出相的长大和粗化导致电导率降低。
四、讨论通过对6061铝合金应力时效组织与性能的研究，我们发现其组织结构与性能之间存在着密切的关系。
在应力时效过程中，析出相的种类、数量和分布对材料的力学性能和电导率具有重要影响。
《6061铝合金应力时效组织与性能研究》
《6061铝合金应力时效组织与性能研究》篇一一、引言6061铝合金是一种常见的轻质高强度合金，广泛应用于航空、汽车、建筑等领域。
由于其优良的机械性能和加工性能，对于其应力时效组织与性能的研究具有重要的理论和实践意义。
本文旨在研究6061铝合金在应力时效过程中的组织演变和性能变化，为实际应用提供理论依据。
二、材料与方法1. 材料准备实验所使用的材料为6061铝合金，其化学成分和力学性能符合国家标准。
将铝合金制备成标准试样，进行后续的应力时效处理。
2. 实验方法（1）应力时效处理：对试样进行不同时间和温度的应力时效处理，模拟实际使用过程中的环境条件。
（2）组织观察：采用金相显微镜、扫描电子显微镜等手段观察试样的组织结构变化。
（3）性能测试：对试样进行硬度、拉伸等性能测试，分析其力学性能的变化。
三、结果与分析1. 组织演变在应力时效过程中，6061铝合金的组织结构发生了明显的变化。
随着时效时间的延长和温度的升高，合金中的第二相粒子逐渐析出，晶界处出现明显的沉淀相。
这些沉淀相的形态和分布对合金的性能具有重要影响。
2. 性能变化（1）硬度：随着应力时效时间的延长和温度的升高，6061铝合金的硬度逐渐提高。
这是由于合金中的第二相粒子析出，使得合金的硬度增加。
（2）拉伸性能：在一定的时效时间和温度范围内，6061铝合金的拉伸性能得到改善。
但随着时效时间的进一步延长或温度过高，合金的拉伸性能可能会下降。
这主要是由于在高温或长时间的作用下，合金中发生了过度的晶界强化和脆化现象。
四、讨论本研究结果表明，6061铝合金在应力时效过程中，其组织结构和性能发生了明显的变化。
这种变化与第二相粒子的析出、晶界强化等因素密切相关。
在实际应用中，可以通过控制应力时效的时间和温度，优化合金的组织结构和性能。
此外，还需要考虑其他因素对合金性能的影响，如合金的成分、加工工艺等。
五、结论本研究通过对应力时效过程中6061铝合金的组织演变和性能变化进行研究，得出以下结论：（1）在应力时效过程中，6061铝合金的组织结构发生了明显的变化，第二相粒子逐渐析出，晶界处出现明显的沉淀相。