1、蠕變,1 蠕變現(xiàn)象和蠕變曲線 當(dāng)溫度T(0.30.5)Tm(Tm為熔點，單位為K)時，金屬材料在恒載荷的持續(xù)作用下，發(fā)生與時間相關(guān)的塑性變形，稱為蠕變。 相應(yīng)的應(yīng)變與時間關(guān)系曲線稱為 蠕變曲線。 金屬材料的典型蠕變曲線 如圖（1）所示。,圖（1） 典型蠕變曲線,2 蠕變產(chǎn)生的機理 蠕變理論的基礎(chǔ)是晶體缺陷的運動, 各種形式的晶體缺陷的運動都與熱活化控制相關(guān)。 針對材料的高溫蠕變，提出了解釋材料產(chǎn)生蠕變的三種機理，分別為擴散蠕變機理、晶格機理和晶界滑移機理。,1）擴散蠕變機理 該機理認(rèn)為材料內(nèi)部的空位濃度差是產(chǎn)生蠕變的主要原因; 并且認(rèn)為空位濃度的變化量與材料的外加應(yīng)力成正比, 同時晶界對空位的

2、消失和產(chǎn)生起主要作用。 由于位錯、晶界等非平衡缺陷的存在，在外界應(yīng)力的作用下，實際材料中原子的力化學(xué)勢場 分布并不均勻相等，從而導(dǎo)致不同區(qū)域之間原子擴散流的產(chǎn)生，材料發(fā)生擴散蠕變。,晶界上的張應(yīng)力使空位的濃度增加到 c=c0exp(/kT) 壓應(yīng)力使?jié)舛葴p少到： c=c0exp(- /kT) 式中： 為空位體積，c0為平衡濃度。 應(yīng)力造成空位濃度差，質(zhì)點由高濃度向低濃度擴散，即原子遷移到平行于壓應(yīng)力的晶界，導(dǎo)致晶粒伸長，引起形變。,圖（2） 擴散蠕變,2)晶格機理 晶格機理是由于晶體內(nèi)部的自擴散而使位錯進(jìn)行攀移。在一定溫度下，熱運動的晶體中存在一定數(shù)量空位和間隙原子；位錯線處一列原子由于熱運動

3、移去成為間隙原子或吸收空位而移去；位錯線移上一個滑移面。或其他處的間隙原子移入而增添一列原子，使 錯位線向下移一個滑移面。 位錯在垂直滑移面方向的運動稱 為位錯的攀移運動，見圖（3）。,圖（3） 位錯攀移,實際生產(chǎn)中利用位錯的爬移運動來消除位錯。 位錯爬移時，應(yīng)變速率： U=Anexp(-Q/RT)= Anexp(S /R)exp(- H/RT) 式中，Q為自擴散激活能；S為熵；H為自擴散激活焓。 該方程為杜恩和魏脫邁方程。 位錯爬移是第二階段蠕變的發(fā)生機理，當(dāng)溫度、應(yīng)力恒定時，應(yīng)變速率為一常數(shù)。 滑移和爬移的區(qū)別：滑移與外力有關(guān)；爬移與晶體中的空位和間隙原子有關(guān)。,3)晶界蠕變理論 晶界對蠕變速率有兩種影響：高溫下，晶界能彼此相對滑動，使剪應(yīng)力得到松弛； 晶界本身是位錯源，離晶界約為一個障礙物間距內(nèi)的位錯會消失。 說明： 大角度晶界是晶格匹配差的區(qū)域，可以認(rèn)為是晶粒之間的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)區(qū)域。 在高溫下，晶界表現(xiàn)為粘滯性 擴散蠕變與晶界蠕變是互動的。如果蠕變由