·222 北京科技大学学报 第29卷 去直至反应结束，从而在很短时间里合成出所需材 图3所示，由图3可知，TiCN在高温下具有典型 料的一种方法，反应产物为金属陶瓷、金属间化合物 的蠕变规律，这种现象循环往复，不断出现，因此在 等.本文选用Ti、C(按原子比1：1)、Ni(质量分数 长时间作用下，可以认为发生了蠕变 30%)三种原料混合，用自蔓延方法生成耐高温、具 035 700℃ 有一定隔热性能的金属陶瓷材料TiC Ni,以此为例 030 研究金属陶瓷在高温下的变形性能 025 2.2热模拟试验 020 本实验是在Gleeble-一2000动态材料热模拟机 上进行，Gleeble--2000热模拟实验机对实验过程进 0.10 行计算机全自动控制，其控制参数有加热温度、加热 0.05 速度、变形速度、变形程度等变形热力学参数，控制 0 精度较高，且具有很好的稳定性，TiC一Ni试件为 005150 752 754 75.6 758 时间 8mm×12mm,实验如图2所示. 图3=0.5s时不同温度下的时间一真应变曲线 TCNi试件 Fig-3 Curves of time to true-strain at different temperatures in =0.5s-1 在不同应变速率、不同温度下的压缩真应力一 真应变曲线如图4所示.从图中可以看出同一温度 下的各条应力一应变曲线的形状基本相似，在压缩 变形刚开始到应变值0.03~0.05左右时，随着应变 图2 Gleeble-一2000动态材料热模拟实验 的增加，应力是急剧增大，并且迅速上升到应力峰 Fig.2 Dynamic hot simulation experiment of material on Gleeble- 2000 值，此阶段，即小变形阶段，应力随应变的增加显著 增大，且基本呈线性变化，这一时期可以认为是弹性 2.3实验数据分析 变形阶段，应力达到峰值后，随应变增加，应力会在 因实验的试样为金属陶瓷材料，在压缩过程中， 峰值的水平上维持一小段时间，这个阶段可以称为 当设备将其压缩到应变量为0.6931时，试样早已 是触变成型的初始化阶段，应力峰值平台过后，随 经破碎，因此系统后期采集的数据是不准确的，但 着应变增加，应力开始缓慢减小，这个阶段可以称为 是，在高温下试件压缩变形的前期处于从弹性到塑 稳定触变成型阶段（同时也发生了塑性变形）， 性的转变，采集的数据是有效的，在数据处理过程 由图4还可看出：变形温度、应变速率和应变对 中，假设在单向压缩过程中应变量为0.35时试样被 变形应力的影响显著，它们之间存在着复杂的非线 压碎，选用应变量为0.35以前的数据进行分析， 性关系，应力峰值过后，随着应变的增大，应力值首 假设试样在压缩前后的体积不变，即压缩的面 先迅速下降，可以认为此时材料发生了流变现象（金 积只随试样的高度而变化，则真应力、真应变和应变 属材料发生流变现象)，应力值达到一定值时，应力 速率分别可以通过下面的公式来计算： 变化平缓，出现这种现象是因为TC一Ni是金属陶 =(P/πR6)(ho/h) (1) 瓷材料，具有脆性，可以认为此时材料发生破碎，数 E=In(ho/h) (2) 据失效，建模时不予采用. =In(ho/h)/t (3) 通过对TCNi高温下的变形进行分析可以看 其中，。为真应力，e为真应变，为应变速率，P为 出：TiC Ni在高温下压缩时，不仅发生弹性、塑性变 作用的载荷，t为压缩时间，o为试样的原始高度， 化，而且有蠕变现象，压缩流动应力及变形规律同 h为试样的瞬时高度，Ro为试样的初始半径 温度、应变、应变速率密切相关。因此可以认定： 通过对原始数据进行分析、处理，得到试件在 TiCN的轴向压缩应力ō是轴向应变速率、轴向 =0.5s时不同温度下的时间一真应变曲线，如 应变e和温度T的函数，去直至反应结束‚从而在很短时间里合成出所需材 料的一种方法‚反应产物为金属陶瓷、金属间化合物 等．本文选用 Ti、C（按原子比1∶1）、Ni（质量分数 30％）三种原料混合‚用自蔓延方法生成耐高温、具 有一定隔热性能的金属陶瓷材料 TiC－Ni‚以此为例 研究金属陶瓷在高温下的变形性能． 2∙2 热模拟试验 本实验是在 Gleeble－2000动态材料热模拟机 上进行．Gleeble－2000热模拟实验机对实验过程进 行计算机全自动控制‚其控制参数有加热温度、加热 速度、变形速度、变形程度等变形热力学参数‚控制 精度较高‚且具有很好的稳定性．TiC－Ni 试件为 ●8mm×12mm‚实验如图2所示． 图2 Gleeble－2000动态材料热模拟实验 Fig．2 Dynamic hot simulation experiment of material on Gleeble－ 2000 2∙3 实验数据分析 因实验的试样为金属陶瓷材料‚在压缩过程中‚ 当设备将其压缩到应变量为0∙6931时‚试样早已 经破碎‚因此系统后期采集的数据是不准确的．但 是‚在高温下试件压缩变形的前期处于从弹性到塑 性的转变‚采集的数据是有效的．在数据处理过程 中‚假设在单向压缩过程中应变量为0∙35时试样被 压碎‚选用应变量为0∙35以前的数据进行分析． 假设试样在压缩前后的体积不变‚即压缩的面 积只随试样的高度而变化‚则真应力、真应变和应变 速率分别可以通过下面的公式来计算： σ＝（P／πR 2 0）（ h0／h） （1） ε＝ln（ h0／h） （2） ε ·＝ln（ h0／h）／t （3） 其中‚σ为真应力‚ε为真应变‚ε ·为应变速率‚P 为 作用的载荷‚t 为压缩时间‚h0 为试样的原始高度‚ h 为试样的瞬时高度‚R0 为试样的初始半径． 通过对原始数据进行分析、处理‚得到试件在 ε ·＝0∙5s －1时不同温度下的时间－真应变曲线‚如 图3所示．由图3可知‚TiC－Ni 在高温下具有典型 的蠕变规律‚这种现象循环往复‚不断出现‚因此在 长时间作用下‚可以认为发生了蠕变． 图3 ε·＝0∙5s －1时不同温度下的时间－真应变曲线 Fig．3 Curves of time to true-strain at different temperatures in ε· ＝0∙5s －1 在不同应变速率、不同温度下的压缩真应力－ 真应变曲线如图4所示．从图中可以看出同一温度 下的各条应力－应变曲线的形状基本相似．在压缩 变形刚开始到应变值0∙03～0∙05左右时‚随着应变 的增加‚应力是急剧增大‚并且迅速上升到应力峰 值．此阶段‚即小变形阶段‚应力随应变的增加显著 增大‚且基本呈线性变化‚这一时期可以认为是弹性 变形阶段．应力达到峰值后‚随应变增加‚应力会在 峰值的水平上维持一小段时间‚这个阶段可以称为 是触变成型的初始化阶段．应力峰值平台过后‚随 着应变增加‚应力开始缓慢减小‚这个阶段可以称为 稳定触变成型阶段（同时也发生了塑性变形）． 由图4还可看出：变形温度、应变速率和应变对 变形应力的影响显著‚它们之间存在着复杂的非线 性关系．应力峰值过后‚随着应变的增大‚应力值首 先迅速下降‚可以认为此时材料发生了流变现象（金 属材料发生流变现象）．应力值达到一定值时‚应力 变化平缓‚出现这种现象是因为 TiC－Ni 是金属陶 瓷材料‚具有脆性‚可以认为此时材料发生破碎‚数 据失效‚建模时不予采用． 通过对 TiC－Ni 高温下的变形进行分析可以看 出：TiC－Ni 在高温下压缩时‚不仅发生弹性、塑性变 化‚而且有蠕变现象．压缩流动应力及变形规律同 温度、应变、应变速率密切相关．因此可以认定： TiC－Ni的轴向压缩应力 σ是轴向应变速率ε ·、轴向 应变ε和温度 T 的函数． ·222· 北 京 科 技 大 学 学 报 第29卷