熱壓縮試驗主要是拿來研究材料的低溫變型行為，以及背后的變型機理和組織變遷。不同參數(shù)下材料呈現(xiàn)的變型參數(shù)對于實現(xiàn)工藝優(yōu)化至關(guān)重要。相信研究塑性變型以及熱加工工藝的研友們都要涉及剖析熱壓縮曲線，并且熱壓縮曲線一般要經(jīng)過極其復(fù)雜的公式變換，是一個十分復(fù)雜的過程，剛開始難住了不少的同道們。在本文中，結(jié)合具體的實例，筆者給你們分享一下怎樣剖析熱壓縮曲線。為了挺好的幫助到你們，筆者盡可能寫的全面一些。
如圖為某合金在850℃，不同速度下的撓度應(yīng)變曲線和應(yīng)變速度為10-2s-1時不同水溫的撓度-應(yīng)變曲線。筆者在這兒給你們要分享的是從這兩幅圖中所見到的信息以及本構(gòu)多項式的構(gòu)建。
圖1不同速度下的撓度應(yīng)變曲線（左）和應(yīng)變速度為10-2s-1時不同水溫的撓度-應(yīng)變曲線（右）
1.曲線的特點以及隱含的變型機理
在這兒你們須要注意，假若應(yīng)變曲線在峰值撓度以后基本保持平穩(wěn)，材料通常發(fā)生動態(tài)回復(fù)，假如峰值撓度以后，材料的曲線呈現(xiàn)增長的趨勢，則發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶。假如極速增長，則材料內(nèi)部可能出現(xiàn)裂痕。還有曲線中出現(xiàn)波動是因為材料間歇式加工硬化和動態(tài)再結(jié)晶導(dǎo)致。
從圖1可以看出所有的曲線都可以分為三個階段，在變型早期，流動撓度隨應(yīng)變的降低迅速減小，達到峰值后平緩減少。這是因為位錯滑動、增殖并形成交互作用，造成位錯密度快速降低，導(dǎo)致了應(yīng)變硬化，此時位錯的湮沒以及排列而成的亞結(jié)構(gòu)造成的軟化作用不足以補償位錯密度降低而帶來的硬化，因而水的密度與溫度的關(guān)系曲線，流動撓度以較快的速率減小，出現(xiàn)峰值。流動撓度達到峰值后，因為積累了較多的應(yīng)變能，撓度逐步增長，說明發(fā)生了動態(tài)回復(fù)與再結(jié)晶，導(dǎo)致材料軟化，同時，隨著變型程度的減小，合金中的空位含量減小，位錯的攀移也參與軟化過程，位錯克服障礙力的能力進一步提高，合金變型時硬化和軟化的平衡向低硬化指數(shù)方向變化，撓度-應(yīng)變曲線漸趨緩慢回升。當(dāng)應(yīng)變超過一定值后，流動撓度-應(yīng)變曲線漸漸趨向穩(wěn)定，為穩(wěn)態(tài)階段。此時，位錯增殖造成的應(yīng)變硬化與動態(tài)再結(jié)晶、動態(tài)回復(fù)等軟化過程達到動態(tài)平衡。
在相同變型程度下，流動撓度與變型氣溫有強烈的依賴關(guān)系，它隨變型氣溫的下降而降低，從曲線中可以看出，她們之間并非線性關(guān)系。隨著氣溫下降，流動撓度明顯減少。這是由于隨著氣溫下降，熱激活的作用提高，原子跳躍頻度減小，空位含量降低，晶界中的原子自擴散、刃型位錯的攀移和螺型位錯割階釋放空位的能力提高，正負(fù)刃型位錯間的互相湮沒愈加顯著，因而增加了位錯的密度。在同一變型氣溫下，隨應(yīng)變速度的降低，流動撓度顯著降低。這是因為應(yīng)變速度越大，單位應(yīng)變所需時間越短，因而位錯形成的數(shù)量減小，位錯運動速率降低，螺旋位錯互相交割的幾率減小，位錯密度下降，進而促使合金低溫壓縮的流動撓度減小。同時，實現(xiàn)由動態(tài)回復(fù)等軟化時間及完全塑性變型的時間也減短。為此，隨著應(yīng)變速度的降低，相應(yīng)與相同變型量步入穩(wěn)態(tài)變型階段所須要的變型氣溫也下降。而在比較低的應(yīng)變速度下，情況正好相反，位錯等運動速率減緩，位錯互相交割降低，原子擴散充分，動態(tài)回復(fù)和動態(tài)再結(jié)晶也能充分進行，因而軟化合金。故在高應(yīng)變速度下的流動應(yīng)力遠(yuǎn)小于低應(yīng)變速度下的流動撓度。
2.本構(gòu)多項式的構(gòu)建
到目前為止，普遍所采用的本構(gòu)關(guān)系是多項式。多項式有冪指數(shù)型、指數(shù)函數(shù)型和雙曲余弦型三種方式，如式(1)-(3)所示：
Zener和在1944年提出并驗證了變型氣溫和變型速度對變型的影響，可由氣溫補償應(yīng)變速度Zener-參數(shù)Z來綜合表示：
通過對等溫恒應(yīng)變速度壓縮實驗結(jié)果剖析發(fā)覺，不同變型條件下該合金的流動撓度變化范圍很大，并經(jīng)初步估算，圖片與ln(sinh(ασ))呈近似線性關(guān)系，因而以雙曲余弦型多項式為基礎(chǔ)構(gòu)造合金的本構(gòu)關(guān)系。
3.本構(gòu)關(guān)系材料常數(shù)的確定
3.1α的求解
在室溫不變的條件下，A1,A2,Q,R,T均是常數(shù)，對式（1）取自然對數(shù)并求偏導(dǎo)得：
對式（2）取自然對數(shù)并求偏導(dǎo)得：
又，β=αn1，可得：
作出應(yīng)變?yōu)?.5時不同水溫下的圖片曲線，如圖2左所示。將不同水溫的數(shù)據(jù)點擬合成直線，其斜率即為該氣溫下n1的近似值。求平均值得n1=5.63601。
圖2右為不同水溫下應(yīng)變?yōu)?.5時的圖片曲線。求不同水溫直線斜率的平均值，即為所求β值水的密度與溫度的關(guān)系曲線，β=0.04612。又由β=αn1，可求得α=0.00818。
圖2不同水溫ln-lnσ曲線和不同水溫ln-σ曲線
3.2n的求解
對式(3)取對數(shù)得
在室溫不變的條件下，A,Q,R,T均是常數(shù)，因而對式(8)求偏導(dǎo)并整理得：
不同水溫下做出應(yīng)變?yōu)?.5時的圖片曲線，如圖3所示。直線斜率的平均值即為n值。
圖3不同水溫ln-ln[sinh(ασ)]曲線
3.3Q的求解及其意義
在應(yīng)變速度不變的條件下，A,Q,R均是常數(shù)，對式（8）求偏導(dǎo)并整理得：
圖4為不同應(yīng)變速度應(yīng)變?yōu)?.5時的ln[sinh(ασ)]-1000/T曲線。由圖可知，ln[sinh(ασ)]和1000/T較好地符合了線性關(guān)系，否認(rèn)了該合金低溫變型時撓度和變型體溫之間的關(guān)系屬于關(guān)系，即可用包含項的Z參數(shù)描述該合金在低溫壓縮變型時的流變撓度行為。這些關(guān)系同時說明，TC18合金熱變型是受熱激活控制的。分別求各應(yīng)變速度直線斜率的平均值，即為Q/Rn值，代入n值，即得Q=357.581kJ/mol。
圖4不同應(yīng)變速度ln[sinh(ασ)]-1000/T曲線
3.4變型機理剖析
金屬低溫塑性變型最明顯的特征之一是變型速率受熱激活過程控制，普遍覺得可以通過變型激活能Q的估算和微觀組織的觀察來判斷合金的變型機制。一般覺得，合金的變型激活能與其擴散激活能數(shù)值相差不大時，熱變型軟化機制主要為動態(tài)回復(fù)；當(dāng)變型激活能小于自擴散激活能時，合金的熱變型可能會有動態(tài)再結(jié)晶發(fā)生。
通過回歸估算，合金在800~880℃，0.0005~10s-1范圍內(nèi)的變型激活能為357.581kJ/mol，遠(yuǎn)低于α-Ti(204kJ/mol)和β-Ti(166kJ/mol)的自擴散激活能，所以，動態(tài)再結(jié)晶是熱變型過程的主要變型機制。
由式(10)可以得出
由上式可以看出，變型激活能的高低與撓度對應(yīng)變速度和變型體溫的敏感性相關(guān)。流變撓度對變型體溫的敏感性越高，對應(yīng)變速度的敏感性越低，其變型激活能越高。
3.5A的求解
對式(4)兩端求對數(shù)得：
根據(jù)求得的Q值，求出不同應(yīng)變速度和不同水溫下的Z值，作lnZ-ln[sinh(ασ)]函數(shù)圖象（圖5），對函數(shù)圖象進行線性回歸，求出回歸直線的截距，即為lnA值，lnA=34.6934。
圖5lnZ-ln[sinh(ασ)]曲線
4.本構(gòu)多項式的回歸
將以上所得的值帶入本構(gòu)多項式模型，即可得到該合金的本構(gòu)多項式為：
本構(gòu)多項式可以挺好地描述材料在不同水溫，不同應(yīng)變速度熱加工過程中的變型行為，通過相關(guān)的組織相片，我們還可以挖掘相關(guān)的變型機理。