第八章材料的蠕变（修订版）.ppt

晶界滑动示意图 ? ? 晶格畸变区 ? ? 晶粒1 晶粒2 晶粒1 晶粒2 * 晶界变形-----晶界滑动和迁移 ● ● ● * 晶界的变形是由晶界的滑动和迁移交替进行的过程。 晶界的滑动对变形产生直接的影响，晶界的迁移虽不提供变形量，但它能消除由于晶界滑动而在晶界附近产生的晶格畸变区，为晶界的进一步滑动创造条件。 因此，可以认为晶界滑动是硬化过程，而晶界迁移是软化过程。 * 8.3.2 蠕变断裂机理 不含裂纹的高温构件，在高温长期服役过程中，由于蠕变裂纹相对均匀地在构件内部萌生和扩展，最终在应力和温度共同作用下导致断裂；原来就存在裂纹或类似裂纹的缺陷的高温工程构件中，其断裂则由主裂纹的扩展所致。 蠕变断裂是与蠕变变形的第2阶段相关的。此时材料中已产生空洞、裂纹等。 在裂纹成核和扩展过程中，晶界滑动引起的应力集中与空位的扩散起着重要作用。 * 断裂方式：晶间断裂是蠕变断裂的普遍形式，高温低应力下情况更是如此。 等强温度： 晶界和晶内强度相等的温度。 因为温度升高，多晶体晶内 及晶界强度都随之降低，但后者 降低速率更快，造成高温下晶界 的相对强度较低的缘故。随应变速度下降，等强温度降低，从而使晶界断裂倾向增大。 * 两种晶界断裂模型： 晶界滑动和应力集中模型 在蠕变温度下，持 续的恒载将导致位于最 大切应力方向的晶界滑 动，这种滑动必然在三 晶粒交界处形成应力集 中，如果这种应力集中 不能被滑动晶界前方晶 粒的塑性变形或晶界的迁移所松弛，当应力集中达到晶界的结合强度时，在三晶粒交界处必然发生开裂，形成楔形空洞或裂纹。 楔形空洞形成示意图 （高应力和较低温度 ） 应力集中 裂纹 * 曲折晶界和夹杂物处空洞形成: 晶界滑动和晶内滑移可能在晶界形成交截，使晶界曲折，曲折的晶界和晶界夹杂物阻碍了晶界的滑动，引起应力集中，导致空洞形成。 * 温度的高低：相对于材料熔点而言。 一般地： 高温：T／Tm 0.3 ～ 0.4 低温：T／Tm 0.3 T ：试验温度， Tm：材料熔点，(K) * 部分金属熔点与高温的含义 Tm TL Pb ： 327.4℃ 20℃ Mg ： 650℃ 20℃ Cu ： 1083℃ 160℃ Fe ： 1536℃ 341℃ W ： 3410℃ 1091℃ * 8.1 蠕变现象和蠕变曲线 蠕变（Creep）： 材料在长时间的恒温、恒应力作用下缓慢地产生塑性变形的现象。 蠕变断裂：由于蠕变变形而最后导致的材料断裂。 8.1.1 蠕变现象 * 蠕变的温度 在应力作用下，蠕变可以发生在任何温度。 低温时，蠕变效应不明显，可以不考虑。 T0.3Tm时，蠕变效应比较显著，此时需要考虑蠕变的影响。因此，工程上把T≥0.3Tm的温度确定为明显蠕变的温度。 不同的材料，出现明显蠕变的温度不同。例如：碳钢超过300℃、合金钢超过400℃就出现蠕变效应，而高熔点的陶瓷材料在1100℃以上也不发生明显蠕变。 * 8.1.2 典型的蠕变曲线 瞬时应变 蠕变速率 减速蠕变 恒速蠕变 加速蠕变 蠕变 断裂 恒温、恒应力条件 * 第 I 阶段：AB段，减速蠕变阶段(过渡蠕变阶段)。开始的蠕变速率很大，随着时间的延长，蠕变速率逐渐减小，到B点，蠕变速率达到最小值； 第Ⅱ阶段：BC段，恒速蠕变阶段(稳态蠕变阶段)。特点是蠕变速率几乎不变。一般可以表示为材料的蠕变速率。 第Ⅲ阶段：CD段，加速蠕变阶段(失稳蠕变阶段)，随着时间的延长，蠕变速率逐渐增大，到D点发生蠕变断裂。 * 蠕变时应变与时间的关系： ? ＝ ?0＋ f(t) + Dt + ?(t) ?0 ：瞬时应变； f(t)：减速蠕变； Dt ：恒速蠕变； ?(t)：加速蠕变。 * 常用的蠕变与时间的关系： 瞬时应变 减速蠕变 恒速蠕变 * 蠕变应变速率与时间的关系: n 为小于1的正数； t 很小时，应变速率随t↑逐渐减小-----第一阶段； t 增大时，应变速率随t↑接近恒定值-----第二阶段。 * 8.1.3 应力和温度对蠕变曲线的影响 σ↑ T↑ 不同材料在不同条件下的蠕变曲线是不同的，同一种材料的蠕变曲线也随应力和温度的变化而不同。 * 8.2.1 蠕变极限