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实验七 内耗法确定碳在-Fe中的扩散激活能

    实际金属及合金都是非理想的弹性体,在受到交变应力的情况下,表现出一定的滞弹性行为。根据滞弹性理论推导,当振动(交变应力)的角频率w和金属内部某一过

    文本框: 图7-1 不同频率所得内耗曲线示意图(f2>f1)程的弛豫时间t的乘积为1,即wt=1时便会出现内耗峰。我们知道,Arrhenius方程中,弛豫时间t和温度T存在着如下的关系,t=t0exp(1/RT)。这意味着,在一个固定不变的频率下,可以用改变测量温度的方法,测出不同弛豫过程所产生的内耗谱来。内耗峰的存在表明金属及合金内部存在着原子重排等所引起的弛豫过程,但要知道,内耗峰所对应的原子重排的性质,只从一条内耗曲线尚无法判断。要判断弛豫的性质还必须知道进行弛豫过程所需要的激活能。用内耗法确定过程所需要的激活能比较方便,只要选用两个不同的频率f和f2,测量同一弛豫过程所引起的内耗峰,则不同频率所测得的内耗曲线非常相似,只是内耗峰所对应的温度移动了一个DT=T2-T1,见图7-1。频率较高时,内耗峰向着温度偏高的一侧移动,频率较低时,向低温一侧移动,其移动温度间距取决于频率变化的大小。对同一内耗峰,如f1<f2,则过程的激活能H与测量频率和温度存在如下关系

    H = (7-1)

    式中R为气体常数,等于8.31J/(molK);T1和T2分别为内耗峰所对应的温度。

    根据上述关系,只要在测量所得到的内耗曲线上,确定出内耗峰对应的T1和T2温度,便可由式(7-1)确定出弛豫过程的激活能。

    文本框: 图7-2 正扭摆内耗仪结构示意图 1-试样 2-上夹头 3-下夹头 4-摆锤 5-反射镜 6-光源 7-灯尺 8-油杯 9-线圈 在交变应力的作用下,C(N)原子在a-Fe中由应力感生微扩散所引起的内耗峰已做过较详细的研究,产生该峰的斯诺克机制早已被广泛接受。斯诺克峰在具有a点阵的固熔体中普遍存在。不同测量频率,由碳和氮在a-Fe中引起的斯诺克峰所出现的温度如下:

    对氮 频率/Hz 0.18 0.25 0.38 0.75 0.77 1.00 1.80 2.00

    峰温/°C 9.5 13.0 16.0 21.0 21.5 20 30 30

    对碳 频率/Hz 1 100 1000 6.65´106

    峰温/°C 40 90 125 3.53

    从上述数据可知,当测量频率微1Hz时,由氮原子引起的斯诺克峰温度约为20°C,而由碳原子引起的内耗峰约为40°C。已有资料报导,碳原子在a-Fe中扩散激活能为80200Jmol-1。本实验所测结果,可参照以上所给数据进行分析。