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金属材料流变学 第8章 流变应力及测量§4 金属材料流变学基础 第一节 金属材料流变应力表征方法 第二节 固态金属材料屈服强度的测定 第三节 触变强度测量 第四节 粘度测量 §8.1 金属材料流变应力表征方法零剪切粘度 零剪切粘度是一常数，采用外推法确定。零剪切速率（=0）在实测中是很难实现的。实测数据，均在熔点附近，在低剪切速率下获得。 数据受温度影响较大。 高于熔点的金属液体属牛顿型流体，它不能抵抗外部施加的剪切力，只能在力的作用下连续变形，或称流动。其粘度可以认为不依赖剪切速率，仅依赖温度的力的参数。 §8.1 金属材料流变应力表征方法零剪切粘度表8-1 某些金属液态的粘滞系数与温度的关系 元素温度，Kkg/s元素温度，Kkg/sNa376.70.686Hg253.01.85440.60.504273.01.68523.00.381293.01.55623.00.269373.01.27973.00.182473.01.01§8.1 金属材料流变应力表征方法表观粘度 充型过程中，液态金属出现异常激烈的热交换，金属液内成核结晶，成为固液混合体，其流动由牛顿型转换成非牛顿型。 1）树枝晶液固金属三维网络结构 金属液冷却到液相线温度以下，出现固相晶粒，晶粒间存在静电、范德华力等作用，相互吸引，又互相排斥，引力与斥力的平衡状态，液固形成三维网络结构。 质点在外力作用下离开平衡位置，三维网络键力把质点拉回平衡位置，是变形网络恢复原状。液固态金属表现出虎克弹性特征。 晶粒的每个平衡位置都对应于一个势能谷，晶粒从一个势能谷跃入另一个势能谷，需要克服一定的势垒高度。只有当作用在晶粒上的外力超过某一数值（屈服点）时，晶粒才能有可能克服网络键力作用，越过势垒从平衡位置上移开，宏观上表现出塑性变形的特点。但固相晶粒在作塑性移动时，受到周围液相的粘滞阻碍作用，故液固态合金表现出宾汉体的黏塑性。 §8.1 金属材料流变应力表征方法表观粘度 2）球状晶液固态金属三维网络结构 与树枝晶不同之处在于晶粒的形状。当固相体分率高的时候，球状晶粒接触紧密，在外力作用，沿着晶界滑动而实现整体变形，而树枝晶相互搭接吻合，在外力作用下，晶粒很难滑动。因此表观粘度比球状晶结构大的多。 具有球状晶的半固态金属液具有更多的固体特性。半固态浆料落地时，依然保持它的完整性，它是一种典型的固态行为。半固态体很容易被刀切割，并很长时间维持其形状。 §8.1 金属材料流变应力表征方法触变强度 半固态浆料，亦存在一种抵抗变形能力行为，并且既区别于液态，亦区别于固态。因此应有反映自己流动本性的物理量，称之为触变强度。 其物理意义是，当外力达到触变强度时，材料即发生触变流动，此时，流动应力随变形增加而迅速下降，并达到稳定值。但屈服强度，其物理意义，随变形增加，流动应力保持不变。 右图，电磁搅拌和晶粒细化制备的A356(a)和A357（b）半固态浆料的触变强度与温度的函数关系 §8.1 金属材料流变应力表征方法触变强度 1）外变量的影响 加热温度 随着加热温度的升高，触变强度逐渐降低。原因是随着温度的升高，固相颗粒间的液相体积分数逐渐增加，导致压缩时半固态内部的固体骨架变形抗力降低。右图，不同加热温度下半固态压缩曲线，MB15镁合金 §8.1 金属材料流变应力表征方法触变强度 1）外变量的影响 应变速率 随着应变速率的增加，触变强度逐渐增大。原因是应变速率大时，固相颗粒间相互作用的速度大于液相挤入固相颗粒间而作用于变形的速度，因此固体骨架的变形抗力大，导致触变强度高；当应变速率小时，液相有足够的时间被挤压到固相颗粒间，因此触变强度较低。 右图，不同应变速率下半固态 压缩曲线，60Si2Mn弹簧钢 §8.1 金属材料流变应力表征方法触变强度 1）外变量的影响 保温时间 随着保温时间的延长，触变强度逐渐降低。原因是随着保温时间的延长，半固态金属逐渐达到平衡态，液相逐渐增加，同时固相颗粒的球化程度越来越好，因此触变强度降低。 右图，不同保温时间下半固态 压缩曲线，AZ91D镁合金 §8.1 金属材料流变应力表征方法触变强度 2）内变量的影响 固相体积分数 外在的加热温度变化对应内在的固相体积分数变化，固相体积分数 对触变强度的影响即是加热温度对触变强度的影响，二者是等同的。如图所示为A2024合金固相体积分数对触变强度的影响 §8.1 金属材料流变应力表征方法触变强度2）内变量的影响 晶粒尺寸 在其他条件相同的条件下，晶粒越细小，触变强度越高。原因是当具有相同固相体积分数时，晶粒大则液相分布相对集中，导致固液相之间的作用容易；晶粒小则液相分布相对分散，固相颗粒间的液相较少，变形不容易。 570℃时，AZ91D合金的晶