内耗技术在软物质研究中的一些应用

软物质物理已成为物理学发展迅速的重要前沿学科。描述软物质复杂非平衡态动力学及其运动规律是理解其宏观性质的关键。内耗与力学谱作为材料缺陷与力学性质研究的重要实验技术,它能够很灵敏地探测和研究材料中发生的复杂相变和弛豫动力学过程。文章结合作者近年来的典型工作,介绍了内耗技术在软物质研究中的一些应用,阐述了内耗手段发挥的独特作用。随着内耗测试新方法、新技术和内耗新理论的不断出现和完善,相信未来内耗技术在材料科学和凝聚态物理研究领域将起到越来越重要的作用。     

冶金内耗相关的阻尼峰机理

介绍了作者等近年来，对铁基材料内耗谱和内耗机制，进行的针对性研究和取得的进展；讨论和评述了变形增强Snoek效应、Snoek-Kē-Koester（SKK）阻尼、B变形峰和K色峰等内耗现象机制。还讨论了一些相关的基本问题和有争议的问题。     

NiTi合金中马氏体相的低频力学谱研究

我们用最近研制成功的LMA型低频力学谱测试系统对NiTi合金马氏体相进行了在很大频率范围内(0.003～1Hz)的低频等温力学谱和温度谱的测量.我们研究的形状记忆合金NiTi(Ni 50.2 at%)试样长34 mm,直径1 mm细丝.经一定热处理,分别在333 K. 343 K和353 K做了内耗随频率的变化的测量.实验表明:频率越小,内耗越大,也就是内耗随频率减少而增大.同时我们采用阶梯升温的方法在八个温度下每个温度测量三种频率(1 Hz, 0.1 Hz, 0.01 Hz)的内耗,结果清楚地表明:不同频率下,内耗峰都出现在372 K(99℃).而且频率越低,峰高越高.这是具有相变峰的特点:相变峰的峰温不随测量频率不同而变化,相变峰高度随频率减少而增大.我们还测量了在1 Hz与0.5 Hz频率下内耗随温度的变化.本文用马氏体相的位错理论初步讨论了上述实验结果.     

有关力学谱和内耗工作的综合与回顾(英文)

本文广泛地收集了有关内耗,力学谱,超声衰减方面的专著及会议文集。反映了20世纪在此领域的英文,俄文出版的书籍。也列出了历次国际会议及前苏联,乌克兰,中国的国内会议。文中包括了点缺陷,电,声子,位错,晶界,电畴等诸方面在内的内耗与力学谱工作。     

有关力学谱和内耗工作的综合与回顾

本文广泛地收集了有关内耗,力学谱,超声衰减方面的专著及会议文集.反映了20世纪在此领域的英文,俄文出版的书籍.也列出了历次国际会议及前苏联,乌克兰,中国的国内会议.文中包括了点缺陷,电,声子,位错,晶界,电畴等诸方面在内的内耗与力学谱工作.     

有关力学谱和内耗工作的综合与回顾

本文广泛地收集了有关内耗，力学谱，超声衰减方面的专著及会议文集。反映了20世纪在此领域的英文，俄文出版的书籍。也列出了历次国际会议及前苏联，乌克兰，中国的国内会议。文中包括了点缺陷，电，声子，位错，晶界，电畴等诸方面在内的内耗与力学谱工作。     

NiTi合金中马氏体相的低频力学谱研究

我们用最近研制成功的LMA型低频力学谱测试系统对NiTi合金马氏体相进行了在很大频率范围内（0．003～1Hz）的低频等温力学谱和温度谱的测量．我们研究的形状记忆合金NiTi（Ni50．2at％）试样长34mm，直径1mm细丝．经一定热处理，分别在333K．343K和353K做了内耗随频率的变化的测量。实验表明：频率越小，内耗越大，也就是内耗随频率减少而增大。同时我们采用阶梯升温的方法在八个温度下每个温度测量三种频率（1Hz，0．1Hz，0．01Hz）的内耗，结果清楚地表明：不同频率下，内耗峰都出现在372K（99℃）。而且频率越低，峰高越高。这是具有相变峰的特点：相变峰的峰温不随测量频率不同而变化，相变峰高度随频率减少而增大。我们还测量了在1Hz与0．5Hz频率下内耗随温度的变化。本文用马氏体相的位错理论初步讨论了上述实验结果。     

关于发展“冶金内耗”

冶金内耗，旨在系统地研究钢铁等金属材料的弹性能量耗散谱，以实现内耗在冶金工业的广泛应用，研究内耗金属属性及制做过程的本质联系，以促进物理冶金学进一步向原子层发展。它是一门把滞弹性物理同金属材料及其科学发展紧密结合的应用内耗。     

烧结过程中Ni-Al金属间化合物形成的内耗

Ni-Al金属间化合物是一类重要的高温结构材料,在多种领域具有明确的目标需求.粉末冶金技术是制备Ni-Al金属间化合物的一种重要选择.探索烧结过程中Ni-Al金属间化合物形成和转变过程,明确固相扩散反应发生温度和金属间化合物种类对调控烧结工艺和优化产品质量至关重要.本文采用内耗技术系统研究了Ni-Al粉末混合物压坯烧结过程的内耗行为.在内耗-温度谱上观察到一个显著内耗峰,随测量频率的增大而降低,但峰温无明显频率依赖性.同时,内耗峰随升温速率的增大向高温方向移动且峰值增加.分析认为,该峰与升温过程中金属间化合物NiAl3和Ni2Al3的形成有关,属于典型的相变内耗峰.此外,机械球磨可调控Ni-Al粉末混合物的微观结构,内耗峰随球磨时间增加向低温方向移动且峰值降低,表明固相扩散反应可在低温区域以较低速率进行.这与球磨过程中粉末颗粒的细化、粉末混合物的片层化、固溶度和表面能的提高以及缩短的原子扩散路径有关.同时也表明机械球磨可有效降低固相扩散反应起始温度进而降低烧结温度.     

晶界内耗的研究

晶界内耗是中国科学家葛庭燧开创的一个研究领域．以往晶界内耗的研究主要是用多晶试样进行的．最近作者用不同取向差的双晶试样研究了单个晶界的内耗，取得了一些新的结果．文章综述了研究晶界内耗的意义以及新近的进展．     

关於镍中含碳所引起的内耗峰

镍中磁畴在应力作用下的转动可以引起一个内耗峰(当内耗表示为温度的函数时),是众所周知的现象。最近在我们的实验室中发现镍中含碳可以引起内耗峰。本文叙述进一步的实验,确切证明这个新内耗峰与镍的磁性无关,而与镍中固溶体所含的溶解碳量有关。关于激活能的较精确测量指出:与这个内耗峰相联系的激活能确与碳在镍中扩散的激活能很相近。这些实验说明这个新内耗峰是由于碳在镍中的应力感生微扩散而起的。简单地讨论了这个内耗峰的机构,认为可能与镍的晶体点阵中的空穴有关。     

氢分子在几种高铬镍合金钢中微扩散所引起的内耗峰

用扭摆作内耗测量,发现八种高铬镍合金钢中含氢可以引起内耗峰。当振动频率约为每秒1.5周时,内耗峰的巅值温度在610—640℃附近。用其中一种高铬镍合金钢试样(18Cr 12Ni)进行了系统的实验,指出这个内耗峰的基元过程是一种弛豫过程,所包含的激活能约为46,000—50,000卡/克分子。根据激活能的数值以及内耗峰在升温、降温和保温时的变化情况,可以认为这个新内耗峰是由於氢分子在钢中微扩散所引起来的。内耗测量的结果也指出了在18Cr 12Ni钢中在特定的升温、降温速度下氢分子舆氢原子的转变温度范围,所得的结果舆资料上的相合。     

High temperature relaxation in metals and alloys

The characteristics of elastic lag and internal friction in metals at high temperatures are investigated using data from the literature and by theoretical analysis. It is shown that there is a connection between the elementary mechanisms of relaxation and recrystallization, and methods are discussed for determining the activation energy of these processes from internal friction recovery kinetics. Experimental data are presented for high temperature internal friction of tungsten before and after recrystallization.Paper presented at a conference on energy dissipation of low and high amplitude vibrations in metals and alloys, Tula, 1964.     

Influence of the moment of inertia of the pendulum on the internal friction (loss tangent) measured by free decay

Summary The internal friction (loss tangent) of solids is normally measured, as a function of temperature, with a torsion pendulum operating in free decay. Curves of the internal friction and the oscillation frequency, against temperature, are obtained at various moments of inertia, to extract the parameters characteristic of the relaxation process (relaxation time and strength). In all these experiments only the temperature is considered as an independent variable and the moment of inertia of the pendulum is mainly used to shift the internal friction peaks in the temperature scale. It is pointed out in the paper that the moment of inertia is also an independent variable which can be used to determine, with high accuracy, if the measured peak is of the Debye type or not. A new torsion pendulum, with continuously variable moment of inertia is presented, which allows measurements of the partial derivative of the internal friction and the oscillation frequency with respect to the moment of inertia, at constant temperature. Finally, some measurements of the Snoek relaxation in Nb-O alloys are presented, to show the applicability of the concepts developed in the paper. The authors of this paper have agreed to not receive the proofs for correction.     

Cyclic stress-strain curves and internal friction of steel at ultrasonic frequencies

A new interpretation of some characteristics of material push-pull loaded at a frequency of 23 kHz can be evaluated by measuring the internal friction and elasticity modulus defect at different strain amplitudes. It is possible to obtain interesting relations describing the material's cyclic microplasticity response. The paper presents some basic relationships between the ‘plastic’ internal friction, elasticity modulus defect, hysteresis loop area, plastic strain amplitude and the cyclic deformation hardening coefficient, for low carbon steel with different grain sizes.     

碳在低碳合金马氏体中微扩散所引起的内耗峰

用扭摆测量淬硬低碳镍合金钢中的内耗,当振动频率约为每秒2周时,在155℃附近有一个内耗峰出现。这个内耗峰的出现条件是:钢中必须含有马氏体、合金元素和碳。在适当的条件下,铬钢和铬镍钢中也曾观察到这个内耗峰。用含镍29.7％的钢作了系统试验,观察到内耗峰高度与试样中的含碳量成正比。内耗峰的高度由于在较高温度(165℃以上)的回火处理而不断降低。由内耗测量所测得的激活能是25,000卡/克分子。以上的实验结果指出,所观测到的155℃新内耗峰是由于碳在合金马氏体中的应力感生微扩散所引起来的。提出了一个产生内耗峰的初步模型。假定碳在四角马氏体中是处于00(1/2)型的间隙位置。合金元素原子的存在引起晶体点阵中不均匀的畸变,因而应力的作用便改变了碳原子在热平衡状态下在Fe-C-Fe和B-C-Fe(B是合金元素原子)两种00(1/2)型间隙位置之间的跳动几率。这种应力感生的碳原子运动便引起内耗。用这个模型可以定性地解释所观测到的事实。关于这方面的定量研究正在进行中。     

马氏体式相变过程中所引起的内耗变化

用扭摆测量两种跌锰合金(Mn17.5％和12.8％)和一种铜铝合金(Al13％)的内耗,在发生正和反的马氏体相变的温度范围内各出现一个内耗峰。这种内耗峰出现的条件是必须伴随着马氏体式相变过程的进行。用含Mn17.5％的铁锰合金作了系统实验,观察到内耗峰的高度随升温(或降温)速度和应力的增加而增高,随振动频率和含碳量的增加而减低。可以用振动一周内试样中转变量愈多内耗也愈大的关系得到统一的解释。讨论了关于产生内耗峰的机构。认为主要由于马氏体相变是突然间完成,此时扭转的外力可视为常数,从应力和不均匀物质交互作用能的计算,可以证明外力所做的功必须损失一半,因而引起内耗。此外应力感生相变也可以引起很小一部分内耗。     

Crystal-amorphous and crystal-crystal phase transformations via virtual melting

A new mechanism of crystal (c)-amorphous (a) and c-c phase transformations (PTs) and internal stress relaxation via virtual melting (VM) induced by internal stresses was justified thermodynamically and kinetically. VM removes interface friction, reduces kinetic barrier, increases atomic mobility, and can reduce thermodynamic melting temperature. We combine VM and nonequilibrium PT diagrams to develop new scenarios of c-a and c-c PTs. Results are applied for a new interpretation of c-c and c-a PT mechanisms in ice Ih and are also applicable for other materials.     

鋼中含氫所引起的内耗峯

钢的内部发裂已经公认为与钢中的氢气有关。现有的理论认为这是由于氢气聚集于钢中的内部缺陷产生破裂压力所引起,然而关于缺陷的性质和引起内部发裂的详细机构迄今还没有明确的了解。本文尝试用内耗测量的方法来研究这个问题。初步实验的结果指出:(1)氢在钢中可以引起内耗峰(将内耗表示为测量温度的函数时);(2)轻微冷加工或保温对于内耗峰的颠值温度有着显著的影响,这表示所得的内耗峰与钢中的缺陷和应力状态有关系;(3)所得的内耗峰表现有反常的振幅效应,即在一定的观测温度时,如将内耗表示为外加应力的函数,则也得到一个内耗峰。这与本文作者之一以前在铝铜合金中所观测到的反常内耗峰的性质和表现相同,因而所得的内耗峰可能是由于氢与钢中的原子脱节的交互作用所引起来的。     

Al-0.5%Cu合金中表现反常振幅效应的低频位错内耗

用低频扭摆的方法,系统地研究了能够较有把握地观测到在Al-0.5％Cu合金中所出现的反常位错内耗的实验程序。结果指出,把试样在拉力试验机上预先拉伸到某一适当的形变量后,立即测量它在某一适当温度下时效的过程中的内耗,可以在内耗-时效时间曲线上观察到一个表现反常振幅效应(即内耗-振幅曲线上出现一个峯值)的时效内耗峯。用经过充分时效而内耗已经达到稳定值的试样,逐渐增加振幅,测量内耗,也可以观察到一个应变振幅内耗峯(当内耗表示为应变振幅的函数时)。此外,用一定的应变振幅在较高温度下,测量经过充分时效的试样的内耗时,也可以观察到一个表现反常振幅效应的温度内耗峯(当内耗表示为温度的函数时)。这些实验结果肯定地指出,在一定测量温度下的振幅内耗峯和表现反常振幅效应的温度内耗峯是存在的。为了找出以前在Al-0.5％Cu中所观察到的反常内耗现象重复性不好的原因,系统地研究了测量内耗所用的应变振幅对于出现振幅内耗峯的影响以及预形变量对于出现时效内耗峯和温度内耗峯的影响。对于出现反常内耗现象的实验条件进行了分析。所观察到的关于反常内耗现象的实验结果,都可用位错拖着溶质原子气团运动的模型来作定性的解释。具体的模型和理论分析将另行报导。