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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 材料区 » 金属 » 交流互助 » TRIP效应的应力松弛机制怎么理解？
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蜻蜓点水

金虫 (初入文坛)

[求助] TRIP效应的应力松弛机制怎么理解？已有2人参与

TRIP效应中奥氏体在应变诱导下发生了马氏体转变，为什么会出现应力松弛现象？麻烦解释下具体的机理，就是马氏体转变是怎么使得材料的拉伸应力下降的？@comma@wacky1980
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1楼2016-04-25 20:52:20
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evil.god

木虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

个人对此问题的理解，供参考。
        TRIP效应从本意上来说是变形引发相变，相变造成材料塑性增加，例如著名的TRIP钢，以及一些亚稳beta钛合金。其实广义上来说，现在逐渐把孪生诱导塑性的效应也归进了TRIP效应，例如纯钛在低温下由于孪生能力的增强，塑性会比室温下更高（50年前的研究结果）；一些亚稳beta钛合金中的{332}<113>孪生引起的延伸率增加等（可以看看闵小华的文章）。
        我们看到的拉伸曲线是材料本身对于外力的响应的表现，塑性延伸阶段的曲线是外力、材料内部的硬化效应与应力松弛效应的对外综合体现，对外综合体现为硬化时真应力-真应变曲线切线的斜率是正值；对外综合体现为松弛时真应力-真应变曲线切线的斜率是负值，有时松弛效应不足够强，切线斜率仅会减小但不会变为负值。
        硬化效应通常是位错的缠结、塞集等造成的，相界面、孪晶界的增加等也会引起硬化；松弛效应是各种变形机制，例如位错滑移过程、应力诱发相变过程、孪生过程等引起，并不是由位错、相或孪晶本身引起的，这一点有时会被错误地混淆。既然是“过程”引起的，就会涉及到速度的问题，即位错形成后的滑移速度、相变被触发后的晶格改变速度、孪生被触发后的晶格切变速度等。
        当施加外力的速度（拉伸速度）大于这些“过程”的速度时，这些“过程”滞后于施加的外力，材料承受的力来不及被这些“过程”松弛，那么拉伸曲线对外综合体现为硬化；当施加外力的速度（拉伸速度）小于这些“过程”的速度时，施加的外力滞后于这些“过程”，材料承受的力就被这些“过程”松弛了，那么拉伸曲线对外综合体现为松弛。
        位错的滑移速度通常与施加外力的速度有关，因此如果材料仅通过位错滑移变形，由于位错缠结的硬化效应普遍存在，那么将很难观察到拉伸曲线上出现松弛现象，碳钢在拉伸曲线上的柯垂尔效应是例外，而且原理也不同。
        但是应力诱发相变被触发后的晶格改变速度和孪生被触发后的晶格切变速度通常远大于施加外力的速度，即使考虑位错塞集、相界面、孪晶界的增多引起的硬化效应，这种松弛效应也足够大，因此当这两种变形机制占主导时拉伸曲线上很容易观察到松弛现象，例如Cu单晶在4.2K下的拉伸曲线和镉单晶拉伸曲线上出现的锯齿状等都是由于孪生引起的，Ti-24Nb-4Zr-7.9Sn（Ti-2448）单晶拉伸曲线上的应力平台是由应力诱发alpha”马氏体相变引起的，这些是在单晶中的比较极端的情况。多晶材料由于各个晶粒的取向不同，并不能同时发生相变或孪生，使得这种松弛效应减弱了，但是在拉伸曲线上也能够看到双屈服现象，可以通过此判断相变或孪生发生了。
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蜻蜓点水
从事钛合金的相变、显微组织调控、变形机理、强韧化及应用等研究
2楼2016-05-05 14:06:23
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蜻蜓点水

金虫 (初入文坛)
送红花一朵
引用回帖:
2楼: Originally posted by evil.god at 2016-05-05 14:06:23
个人对此问题的理解，供参考。
        TRIP效应从本意上来说是变形引发相变，相变造成材料塑性增加，例如著名的TRIP钢，以及一些亚稳beta钛合金。其实广义上来说，现在逐渐把孪生诱导塑性的效应也归进了TRIP效应， ...

首先特别感谢您的回答，其次我还有一事不明，就是奥氏体发生了马氏体相变，原本配分在奥氏体组织上的应力会直接配分在新生成的马氏体中还是说新生成的马氏体无应变不参与应力分配，这能否解释发生马氏体相变时其本身应力应变曲线突然下降的现象，其实是原来奥氏体的应力被释放了？

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3楼2016-05-06 00:39:58
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evil.god

木虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

引用回帖:
3楼: Originally posted by 蜻蜓点水 at 2016-05-06 00:39:58
首先特别感谢您的回答，其次我还有一事不明，就是奥氏体发生了马氏体相变，原本配分在奥氏体组织上的应力会直接配分在新生成的马氏体中还是说新生成的马氏体无应变不参与应力分配，这能否解释发生马氏体相变时其本 ...

应力诱发马氏体相变（或孪生）过程松弛了奥氏体中的应力，一旦马氏体（或孪晶）形成了，那么就会按照多相合金的变形方式去变形，相邻的两相要相互协调变形。为了便于理解，可以认为材料先整体上发生应力诱发马氏体相变，马氏体相变完全结束后材料再通过位错滑移变形（这时就可以认为是普通的多相合金在变形），可以看到由于马氏体（或孪晶）的形成，界面增多了，材料之后反而被强化了（例如卢柯的纳米孪晶Cu）。但是实际上这些过程是不能割裂的，他们是相互重叠的，因为多晶材料各个晶粒的取向不同，马氏体相变的难易和位错滑移的难易不同，启动是有先后的，不同晶粒中的陆续启动造成我们很难在多晶材料拉伸曲线上观察到如单晶中的应力的突降，而常见的是双屈服。

总之，应力松弛是马氏体相变（或孪生）过程引起的（原理见最初的讨论），不是马氏体（孪晶）本身引起的，马氏体（孪晶）一旦形成了，要与基体相互协调变形，共同承担应力，这时它们是强化合金的。
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蜻蜓点水 蜻蜓点水
从事钛合金的相变、显微组织调控、变形机理、强韧化及应用等研究
4楼2016-05-06 09:36:50
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蜻蜓点水

金虫 (初入文坛)
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4楼: Originally posted by evil.god at 2016-05-06 09:36:50
应力诱发马氏体相变（或孪生）过程松弛了奥氏体中的应力，一旦马氏体（或孪晶）形成了，那么就会按照多相合金的变形方式去变形，相邻的两相要相互协调变形。为了便于理解，可以认为材料先整体上发生应力诱发马氏体 ...

再次感谢您的赐教，可我还是有点盲点，奥氏体向马氏体转变会产生松弛现象，松弛的根本原因是什么？就像您第一次讨论的晶格改组会松弛应力？

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5楼2016-05-06 15:06:41
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蜻蜓点水

金虫 (初入文坛)
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引用回帖:
4楼: Originally posted by evil.god at 2016-05-06 09:36:50
应力诱发马氏体相变（或孪生）过程松弛了奥氏体中的应力，一旦马氏体（或孪晶）形成了，那么就会按照多相合金的变形方式去变形，相邻的两相要相互协调变形。为了便于理解，可以认为材料先整体上发生应力诱发马氏体 ...

意思就是本身奥氏体向马氏体转变为什么会产生松弛效应，而这种松弛效应大于硬化效应才是应力松弛的结果，这种松弛效应的本身原因是什么？

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6楼2016-05-06 15:10:08
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evil.god

木虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

引用回帖:
6楼: Originally posted by 蜻蜓点水 at 2016-05-06 15:10:08
意思就是本身奥氏体向马氏体转变为什么会产生松弛效应，而这种松弛效应大于硬化效应才是应力松弛的结果，这种松弛效应的本身原因是什么？
...

最开始其实就已经说了原因——相对速度。
马氏体相变和孪生的速度接近声速，而拉伸时夹头的速度比其低了差不多三个数量级。相变或孪生在较高的应力下被触发之后可以在一个较低的应力下发生，被触发后它们可以达到的速度是远大于拉伸夹头的速度的，瞬间就把应力给松弛了（单晶中的锯齿形曲线）。比如你用皮筋拉一个人，开始他仅缓慢地跟着你走，皮筋一直是紧绷的，他如果突然间向你跑起来了，但你还是保持原先的速度，你会有什么样的感觉？皮筋会发生什么样的变化？皮筋中的拉力会发生什么样的变化？道理是相同的。
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蜻蜓点水
从事钛合金的相变、显微组织调控、变形机理、强韧化及应用等研究
7楼2016-05-06 16:25:41
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kissego100

铜虫 (著名写手)

【答案】应助回帖

物质的结构是能量的函数，物质都倾向于向稳定的低能态转变。
机械力诱导的相变之所以可以发生，是因为形成的新的状态更为稳定。也就是说，在这个过程中，应力会释放掉。
发生相变后，材料的比容已经发生了变化，应力在空间释放。
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眼耳鼻舌身意触，万世丹心归尘舞，悲欢离合共理烹，饮尽前缘醉后土。————《非心》
8楼2016-05-06 17:30:03
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蜻蜓点水

金虫 (初入文坛)
送红花一朵
引用回帖:
7楼: Originally posted by evil.god at 2016-05-06 16:25:41
最开始其实就已经说了原因——相对速度。
马氏体相变和孪生的速度接近声速，而拉伸时夹头的速度比其低了差不多三个数量级。相变或孪生在较高的应力下被触发之后可以在一个较低的应力下发生，被触发后它们可以达到 ...

谢谢，你的例子太形象了

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9楼2016-05-07 00:12:18
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艾尚雪

金虫 (小有名气)
引用回帖:
2楼: Originally posted by evil.god at 2016-05-05 14:06:23
个人对此问题的理解，供参考。
        TRIP效应从本意上来说是变形引发相变，相变造成材料塑性增加，例如著名的TRIP钢，以及一些亚稳beta钛合金。其实广义上来说，现在逐渐把孪生诱导塑性的效应也归进了TRIP效应， ...

钛合金中的双屈服现象和应力松弛有关，第一个屈服点代表发生马氏体相变，那第二个屈服点代表什么呢？是马氏体相变结束吗？  还有就是有些发生了马氏体相变的亚稳β合金拉伸曲线上为什么没有明显的双屈服现象？   这是和马氏体相变发生的阶段（弹性阶段或者塑性阶段）有关吗？
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10楼2016-08-15 22:44:23
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