《无机材料物理性能》第二章 受力形变（2.3）无机材料的高温蠕变

2.3无机材料的高温蠕变 材料在高温下长时间的受到小应力作用,出现蠕 变现象,即时间一一应变的关系。 从热力学观点出发,蠕变是一种热激活过程。 在高温条件下,借助于外应力和热激活的作用, 形变的一些障碍物得以克服,材料内部质点发生 了不可逆的微观过程

2.3 无机材料的高温蠕变 材料在高温下长时间的受到小应力作用，出现蠕 变现象，即时间－－应变的关系。 从热力学观点出发，蠕变是一种热激活过程。 在高温条件下，借助于外应力和热激活的作用， 形变的一些障碍物得以克服，材料内部质点发生 了不可逆的微观过程

23.1典型的蠕变曲线 1.各阶段的特点 8 延伸率 6 第三阶段蠕 第二阶段蠕变 × 102第一阶段蠕变 时间(小时) 0 0100200300400500600

1. 各阶段的特点 延 伸 率 × 10-2 8 6 4 2 0 0 100 200 300 400 500 600 时间（小时） 第一阶段蠕变 第二阶段蠕变 第三阶段蠕变 2.3.1 典型的蠕变曲线

(1)弹性形变阶段 起始段,在外力作用下,发生瞬时弹性形变,即 应力和应变同步。 (2)第一阶段蠕变(蠕变减速阶段或过渡阶段) 其特点是应变速率随时间递减,持续时间较短, 应变速率有如下关系: U=de/dt=Atn 低温时n=1,得:8=Blnt 高温时n=2/3,得:8=Bt23 此阶段类似于可逆滞弹性形变

起始段，在外力作用下，发生瞬时弹性形变，即 应力和应变同步。 （1） 弹性形变阶段 其特点是应变速率随时间递减，持续时间较短， 应变速率有如下关系： U=d/dt=At-n 低温时n=1，得：=Blnt 高温时n=2/3，得： =Bt-2/3 此阶段类似于可逆滞弹性形变。 （2）第一阶段蠕变（蠕变减速阶段或过渡阶段）

(3)第二阶段蠕变 此阶段的形变速率最小,且恒定,也为稳定态蠕变。 形变与时间的关系为线性关系:8=Kt (4)第三阶段蠕变(加速蠕变) 此阶段是断裂即将来临之前的最后一个阶段。 特点:曲线较陡,说明蠕变速率随时间增加而快速 增加

此阶段的形变速率最小，且恒定，也为稳定态蠕变。 形变与时间的关系为线性关系： =Kt 此阶段是断裂即将来临之前的最后一个阶段。 特点：曲线较陡，说明蠕变速率随时间增加而快速 增加。 （3）第二阶段蠕变 （4）第三阶段蠕变（加速蠕变）

2.影响蠕变曲线形状的因素 曲线的起始部分有下式表示:8=(常数)t 温度不同,有不同的n值。 温度和应力都影响恒定温度曲线的形状: 当温度升高时,形变速率加快,恒定蠕变阶段缩 短 增加应力时,曲线形状的变化类似与温度 形变率与应力有如下关系:ε=(常数)σn n变动在2~20之间,n=4最为常见

曲线的起始部分有下式表示：=（常数）t -n 温度不同，有不同的n值。 温度和应力都影响恒定温度曲线的形状： 当温度升高时，形变速率加快，恒定蠕变阶段缩 短。 增加应力时，曲线形状的变化类似与温度。 形变率与应力有如下关系：=（常数） n n变动在2～20之间，n=4最为常见。 2. 影响蠕变曲线形状的因素

延伸率 温度或应力 时间 温度和应力对蠕变曲线的影响

延 伸 率 时间 温 度 或 应 力 温度和应力对蠕变曲线的影响

232蠕变机理 蠕变机理分为两大类: 晶界机理——-多晶体的蠕变; 晶格机理--单晶蠕变,但也可能控制着多 晶的蠕变过程

2.3.2 蠕变机理 蠕变机理分为两大类： 晶界机理------多晶体的蠕变； 晶格机理------单晶蠕变，但也可能控制着多 晶的蠕变过程

1.晶格机理(位错的爬移和晶体内部的自扩散) 在一定温度下,热运动的晶体中存在一定数量空位和 间隙原子; 位错线处一列原子由于热运动移去成为间隙原子或吸 收空位而移去; 位错线移上一个滑移面。或其他处的间隙原子移入而 增添一列原子,使位错线向下移一个滑移面。 位错在垂直滑移面方向的运动-位错的爬移运动。 滑移和爬移的区别:滑移与外力有关;爬移与 晶体中的空位和间隙原子有关

在一定温度下，热运动的晶体中存在一定数量空位和 间隙原子； 位错线处一列原子由于热运动移去成为间隙原子或吸 收空位而移去； 位错线移上一个滑移面。或其他处的间隙原子移入而 增添一列原子，使位错线向下移一个滑移面。 位错在垂直滑移面方向的运动------位错的爬移运动。 1 . 晶格机理（位错的爬移和晶体内部的自扩散） 滑移和爬移的区别：滑移与外力有关；爬移与 晶体中的空位和间隙原子有关

oO O 00000O 0000O oO。·0OO OOOOOO

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实际生产中利用位错的爬移运动来消除位错 位错爬移时,应变速率: U=Aa"exp(-QRT)= Aonexp(△s/R)exp(△HRT) Q-自扩散激活能; △S--; △H--自扩散激活焓。 该方程为杜恩和魏脱迈方程 位错爬移是第二阶段蠕变的发生机理,当温度、应 力恒定时,应变速率为一常数

实际生产中利用位错的爬移运动来消除位错。 位错爬移时，应变速率： U=Anexp(-Q/RT)= Anexp(S /R)exp(- H/RT) Q------自扩散激活能； S------熵； H------自扩散激活焓。 该方程为杜恩和魏脱迈方程。 位错爬移是第二阶段蠕变的发生机理，当温度、应 力恒定时，应变速率为一常数