控制变形原理与应用基础-11.ppt

* 第十一章 扩散蠕变 当温度很高，应力很低时蠕变速率与应力成正比，这种蠕变与位错关系不大，变形主要是由应力作用下物质的定向流动造成的，这种蠕变称为扩散蠕变。Naharro最先提出扩散蠕变的机制:在非等静应力场中受拉应力和受压应力面上空位浓度不同，空位浓度梯度引起空位扩散，而在与空位流相反方向上产生的原子扩散导致晶体发生变形。发生扩散蠕变的条件是:①应力足够低，使得晶体中位错密度很低，位错运动对总变形量的贡献很小;②温度足够高，使得原子扩散速度很快，变形主要靠原子的定向流动来产生。 扩散蠕变是物质通过体扩散或者晶界扩散的物质输送过程。 考虑简单的理想状态的一个立方 体晶体，边长为d，应力状态相当于和表面成45°角的纯剪应力。 在受压力作用的表面上（BC）形成一个空位等于该晶体内部经过表面BC提取一个原子。 11.1 Nabarro扩散蠕变方程的简单推导 第十一章 扩散蠕变 11.1 Nabarro扩散蠕变方程的简单推导 第十一章 扩散蠕变 基本形式： 扩散蠕变方程相应于牛顿粘滞性流变，因此是稳定的（第三章），满足超塑性的必要条件 。 11.1 Nabarro扩散蠕变方程的简单推导 第十一章 扩散蠕变 Nabarro-Herring蠕变和Cable蠕变在细晶粒多晶体中是确实存在的，并是许多高温低应力系统较重要的变形方式。 Nabarro-Herring蠕变主要为体扩散， Cable蠕变以晶界扩散占主导，发生温度比前者较低。 11.2.1 Herring模型 11.2 扩散蠕变理论 第十一章 扩散蠕变 蠕变速率与应力成正比，与晶粒大小的平方成反比，蠕变激活能等于原子的体扩散激活能。具有这些特征的蠕变称为Naharro-Herring蠕变。 基本形式： 第十一章 扩散蠕变 11.2.2 Coble模型 11.2 扩散蠕变理论 基本形式： 蠕变速率与d3成反比，蠕变激活能与晶界扩散激活能相等。 第十一章 扩散蠕变 11.2.3 变形的相容性—晶界滑移 11.2 扩散蠕变理论 在多晶体材料中原子从受压的晶界向受拉晶界扩散，结果使每一个晶粒都独立发生变形，向拉应力方向伸长。这种晶粒形状的变化必须通过晶界滑动来协调，否则就会在受压晶界形成空隙。 第十一章扩散蠕变 11.2.3 变形的相容性—晶界滑移 11.2 扩散蠕变理论 晶界滑动在扩散蠕变中的作用和在位错蠕变中的作用完全不同，在扩散蠕变中晶界滑动是必不可少的晶粒变形协调过程，而在位错蠕变中只要有足够多(不少于5个)的滑移系开动来满足Von Mises条件，就无须晶界滑动来协调晶粒的变形，多晶体中的每个晶粒都可以自由变形而不形成晶界空隙和重叠。 11.3 扩散蠕变实验示例 第十一章扩散蠕变 11.3.1零蠕变实验（丝和簙膜的蠕变实验） 原理在于用一个拉伸应力 来和试样的表面张力 平衡。当 时变形为负值(收缩)，而 时变形为正值(伸长)。丝伸长时唯一可能的变形机制是扩散蠕变，因为晶粒太小，且应力很低，不足以使位错源开动，也就不可能发生位错蠕变。 扩散蠕变理论预示着蠕变速率 随应力 呈线性变化，故呈牛顿黏滞性。 第十一章 扩散蠕变 11.3 扩散蠕变实验示例 （a)Nabarro-Herring蠕变 11.3.2 单相细晶粒多晶体的扩散蠕变 当细小沉淀物或例子存在时，与拉应力轴垂直的晶界附近形成沉淀物消失区。许多纯金属、合金和离子晶体的扩散蠕变均已表明，在高温时通常为Nabarro-Herring蠕变而温度低时为Coble蠕变。 第十一 章扩散蠕变 11.3 扩散蠕变实验示例 （b)Coble蠕变 11.3.2 单相细晶粒多晶体的扩散蠕变 弹簧在320℃的扩散蠕变、每圈的表面剪切应变与时间的关系 第十一章扩散蠕变 11.3 扩散蠕变实验示例 （c)Harper-dorn蠕变 11.3.2 单相细晶粒多晶体的扩散蠕变 Harper和Dorn（1957）发现铝在高温时（920K=0.99Tm 根据应力大小可存在两种不同的蠕变规律。 当应力＞9gf/mm2时，蠕变速度 与σ4成正比，这相应于由位错引起的蠕变。相反，当σ＜9gf/mm2时，ε∝σ。