粘弹性、滞弹性及高温蠕变
1.2 粘弹性和滞弹性
图l-11所示，当突然施加一应力σo于 拉伸试样时，试样立即沿0A线产生瞬时 应变Oa。如果低于材料的微量塑性变形 抗力，则应变Oa只是材料总弹性应变OH 中的一部分。应变aH只是在σo长期保 持下逐渐产生的，aH对应的时间过程为 图1-11中的ab曲线。
恒定应力σo
卸载时，如果速度也比较大，则当应力下降为零时， 只有应变eH部分立即消逝掉，而应变eO是在卸载后逐渐去 除的，这部分应变对应的时间过程为图中的cd曲线。
三.动态粘弹性（滞后、内耗）
在正弦或其它周期性变化的外力作用下,聚合物粘弹性的表现. 高聚物作为结构材料在实际应用时,往往受到交变力的作 用。如轮胎、传送皮带、橡齿轮。
研究动态力学行为的实际意义?
用作结构材料的聚合物许多是在交变的力场中使用 , 因 此必须掌握作用力频率对材料使用性能的影响。 如外力的作用频率从 0→100~1000 周，对橡胶的力学性 能相当于温度降低 20~40℃，那么在-50℃还保持高弹性 的橡胶，到-20℃就变的脆而硬了。 塑料的玻璃化温度在动态条件下,比静态来的高,就 是说在动态条件下工作的塑料零件要比静态时更耐热 , 因此不能依据静态下的实验数据来估计聚合物制品在动 态条件下的性能。
对于未交联橡胶
Cross-linking polymer Linear polymer
0e
0
t
玻璃态 高弹态
粘流态
不同温度下的应力松弛曲线 t
t
不同聚合物的应力松弛曲线
高分子链的构象重排和分子链滑移是导致材料蠕变和应力松 弛的根本原因。 如果T很高(>>Tg),链运动摩擦阻力很小,应力很快松弛掉了, 所以观察不到,反之,内摩擦阻力很大,链段运动能力差,应力 松弛慢,也观察不到.只有在Tg温度附近的几十度的范围内应 力松弛现象比较明显.(链由蜷曲变为伸展,以消耗外力)
武汉理工材料物理性能复习资料
第一章一、基本概念1．塑性形变及其形式：塑性形变是指一种在外力移去后不能恢复的形变。
晶体中的塑性形变有两种基本方式：滑移和孪晶。
2．蠕变：当对粘弹性体施加恒定压力σ0时，其应变随时间而增加，这种现象叫做蠕变。
弛豫：当对粘弹性体施加恒定应变ε0时，其应力将随时间而减小，这种现象叫弛豫。
3．粘弹性：一些非晶体，有时甚至多晶体在比较小的应力时可以同时表现出弹性和粘性，称为粘弹性，所有聚合物差不多都表现出这种粘弹性。
4．滞弹性：对于理想的弹性固体，作用应力会立即引起弹性应变，一旦应力消除，应变也随之消除，但对于实际固体这种弹性应变的产生与消除需要有限时间，无机固体和金属这种与时间有关的弹性称为滞弹性。
二、基本理论1．金属材料和无机非金属材料的塑性变形机理：○1产生滑移机会的多少取决于晶体中的滑移系统数量。
○2对于金属，金属键没有方向性，滑移系统多，所以易于滑移而产生塑性形变。
对于无机非材料，离子键和共价键有明显的方向性，同号离子相遇，斥力极大，只有个别滑移系统才能满足几何条件与静电作用条件。
晶体结构越复杂，满足这种条件就越困难，所以不易产生滑移。
○3滑移反映出来的宏观上的塑性形变是位错运动的结果，无机材料不易形成位错，位错运动也很困难，也就难以产生塑性形变，材料易脆断。
金属与非金属晶体滑移难易的对比金属非金属由一种离子组成组成复杂金属键物方向性共价键或离子键有方向性结果简单结构复杂滑移系统多滑移系统少2．无机材料高温蠕变的三个理论○1高温蠕变的位错运动理论：无机材料中晶相的位错在低温下受到障碍难以发生运动，在高温下原子热运动加剧，可以使位错从障碍中解放出来，引起蠕变。
当温度增加时，位错运动加快，除位错运动产生滑移外，位错攀移也能产生宏观上的形变。
热运动有助于使位错从障碍中解放出来，并使位错运动加速。
当受阻碍较小时，容易运动的位错解放出来完成蠕变后，蠕变速率就会降低，这就解释了蠕变减速阶段的特点。
如果继续增加温度或延长时间，受阻碍较大的位错也能进一步解放出来，引起最后的加速蠕变阶段。
粘弹性材料
粘弹性材料粘弹性材料是一种具有特殊性能的复合材料，具有特殊的粘性和弹性特性。
它常见于一些需要具有黏性和回弹性的材料，比如胶水、橡皮等。
今天我们就来了解一下粘弹性材料的特点和应用。
粘弹性材料的主要特点是黏性和回弹性的结合。
黏性指的是材料表面具有粘附和拉伸的能力，而回弹性则指材料在外界力作用下能够快速恢复初始状态。
这种特性使得粘弹性材料能够有效地吸收冲击和振动，从而减少能量传递和噪音的产生。
另外，粘弹性材料还具有非线性应变的特性，即应变与应力之间的关系不符合胡克定律，而是呈现出非线性的曲线。
粘弹性材料的应用非常广泛。
首先，它可以用于减震降噪的材料。
由于粘弹性材料能够有效地吸收冲击和振动，因此它常被应用于汽车、飞机、建筑等工程领域，用于减少振动和噪音的产生。
其次，粘弹性材料也可以用于阻尼器的制造。
阻尼器是一种能够吸收地震或风力引起的振动能量的装置，粘弹性材料的黏性和回弹性特性以及非线性应变特性使得它成为制造阻尼器的理想材料。
除此之外，粘弹性材料还可用于医疗领域的填充材料、电子产品的凝胶材料、生物学实验的模型等。
不过，粘弹性材料也存在一些缺点。
首先，它的制造成本相对较高，而且制造过程相对复杂。
其次，粘弹性材料的性能受环境温度的影响较大，温度过低或过高都会使其性能发生变化。
此外，粘弹性材料在长期使用后可能会发生蠕变现象，即材料会因为持续的应力而发生变形。
因此，在设计和应用粘弹性材料时需要考虑这些因素。
总的来说，粘弹性材料是一种具有特殊性能的复合材料，具有粘性和弹性的结合特点。
它的应用范围广泛，可以用于减震降噪、阻尼器等领域。
然而，它也存在一些缺点，制造成本高、温度敏感性强等。
因此，在应用粘弹性材料时需要综合考虑材料的性能和环境条件。
1.2 粘弹性和滞弹性解析
t1
t2
t
0 应力
E1 普弹形变模量
图1 理想弹性体（瞬时蠕变）普弹形变
b.高弹形变
链段运动
（t） 0 (t<t1) t/
（t）
t
外力除去， 逐渐回复
(t)=
E
（ 1 e ） 松弛时间
2
=2/E2
0 (t→) E2-高弹模量 特点:高弹形变是逐渐回复的.
t1
t2
图l-11所示，当突然施加一应力σo于 拉伸试样时，试样立即沿0A线产生瞬时 应变Oa。如果低于材料的微量塑性变形 抗力，则应变Oa只是材料总弹性应变OH 中的一部分。应变aH只是在σo长期保 持下逐渐产生的，aH对应的时间过程为 图1-11中的ab曲线。
ห้องสมุดไป่ตู้
恒定应力σo
卸载时，如果速度也比较大，则当应力下降为零时， 只有应变eH部分立即消逝掉，而应变eO是在卸载后逐渐去 除的，这部分应变对应的时间过程为图中的cd曲线。
线形非晶态聚合物在Tg以上单轴 拉伸的典型蠕变及回复曲线
2. 聚合物的蠕变现象
从分子运动和变化的角度来看，蠕变过程分为： a.普弹形变 （t）
从分子运动的角度解释:
材料受到外力的作用,链内的键长和 键角立刻发生变化,产生的形变很小, 我们称它普弹形变.
（t）
t
外力除去， 立即完全回复
0
E1
当聚合物受力时，以上三种形变同时发生聚 合物的总形变方程:
2+3
1 2 3
t
( t ) 1 2 3 -t
1
(1 e ) t E1 E2 3
线形非晶态聚合物的蠕变及回复曲线
材料性能学名词解释大全
名词解释第一章：弹性比功：材料在弹性变形过程中吸收变形功的能力。
包申格效应：是指金属材料经预先加载产生少量塑性变形，而后再同向加载，规定残余伸长应力增加，反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。
滞弹性：是材料在加速加载或者卸载后，随时间的延长而产生的附加应变的性能，是应变落后于应力的现象。
粘弹性：是指材料在外力的作用下，弹性和粘性两种变形机理同时存在的力学行为。
内耗：在非理想弹性变形过程中，一部分被材料所吸收的加载变形功。
塑性：材料断裂前产生塑性变形的能力。
韧性：是材料力学性能，是指材料断裂前吸取塑性变形攻和断裂功的能力。
银纹：是高分子材料在变形过程中产生的一种缺陷，由于它密度低，对光线反射高为银色。
超塑性：材料在一定条件下呈现非常大的伸长率（约1000%）而不发生缩颈和断裂的现象。
脆性断裂：是材料断裂前基本不产生明显的宏观塑性变形，没有明显预兆，而是突然发生的快速断裂过程。
韧性断裂：是指材料断裂前及断裂过程中产生明显宏观塑性变形的断裂过程。
解理断裂：在正应力作用下，由于原子间结合键的破坏引起的沿特定晶面发生的脆性穿晶断裂。
剪切断裂：是材料在切应力作用下沿滑移面滑移分离而造成的断裂。
河流花样：两相互平行但出于不同高度上的解理裂纹，通过次生解理或撕裂的方式相互连接形成台阶，同号台阶相遇变汇合长大，异号台阶相遇则相互抵消。
当台阶足够高时，便形成河流花样。
解理台阶：不能高度解理面之间存在的台阶韧窝：新的微孔在变形带内形核、长大、聚集，当其与已产生的裂纹连接时，裂纹便向前扩展形成纤维区，纤维区所在平面垂直于拉伸应力方向，纤维区的微观断口特征为韧窝。
2 材料的弹性模数主要取决因素：1）键合方式和原子结构2）晶体结构3）化学成分4）微观组织5）温度6）加载方式3决定金属材料屈服强度的因素1）晶体结构2）晶界与亚结构3）溶质元素4）第二相5）温度6）应变速率与应力状态4 金属的应变硬化的实际意义1）在加工方面：利用应变硬化和塑性变形的合理配合，可使金属进行均匀的塑性变形，保证冷变形工艺的顺利实施2）在材料应用方面：应变硬化可以使金属机件具有一定的抗偶然过载能力，保证机件的安全使用。
材料在高温下的力学性能（蠕变、松弛）
材料在高温下的力学性能（蠕变、松弛）第7章材料在高温下的力学性能7.1 材料在高温下力学性能的特点有许多机件是在高温下工作的，如高压锅炉，蒸汽轮机、燃气轮机、以及化工厂的反应容器等，对于这些机件的性能要求，就不能以常温下的力学性能来衡量。
材料在高温下的力学性能明显地不同于室温。
首先，材料在高温将发生蠕变现象。
即在应力恒定的情况下，材料在应力的持续作用下不断地发生变形。
这样，材料在高温下的强度便与载荷作用的时间有关了。
载荷作用的时间越长，引起一定变形速率(如)或变形量的形变抗力(蠕变极限)以及断裂抗力(持久强度)就越低。
粗略地说，发生蠕变现象的温度，对金属材料约为T>0.3-0.4TM ；(TM为材料的熔点以绝对温度K计)；对陶瓷约为T>0.4-0.5TM ；对高分子材料为T>Tg，Tg为玻璃化温度，多数高分子材料在室温下就发生蠕变。
由于蠕变的产生，我们就不能笼统地说材料在某一高温下其强度是多少，因为高温强度与时间这一因素有关。
而材料在常温下的强度是不考虑时间因素的。
除非试验时加载的应变速率非常高。
材料在高温下不仅强度降低，而且塑性也降低。
应变速率越低，载荷作用时间越长，塑性降低得越显著。
和蠕变现象相伴随的还有高温应力松驰。
一个紧固螺栓在高温长时间作用下，其初始预紧力逐渐下降，这种现象也是由蠕变造成的。
另外，蠕变还会产生疲劳损伤，使高温疲劳强度下降，为此，必须研究蠕变和疲劳的交互作用。
材料在高温下的力学性能特点都是和蠕变过程紧密相连的。
第一，材料在变形时首先总是引起形变强化，蠕变之所以能发生，必然还伴随着一个变形的软化过程，这个软化过程就是高温回复。
第二，蠕变的变形机制必然与在常温下的不同。
材料在常温下的变形可通过位错的滑动产生滑移和孪晶两种变形型式。
而在高温下位错还可通过攀移，使位错遇到障碍时作垂直于滑移面的运动，如图7-0所示。
这样位错便不会阻塞在障碍面前，而使得变形能继续下去，这就是一个变形的软化过程。
1.2 粘弹性和滞弹性
图l-11所示，当突然施加一应力σo于拉 伸试样时，试样立即沿0A线产生瞬时 应变Oa。如果低于材料的微量塑性变 形抗力，则应变Oa只是材料总弹性应 变OH中的一部分。应变aH只是在σo长 期保持下逐渐产生的，aH对应的时间 过程为图1-11中的ab曲线。
恒定应力σo
卸载时，如果速度也比较大，则当应力下降为零时，只 有应变eH部分立即消逝掉，而应变eO是在卸载后逐渐去 除的，这部分应变对应的时间过程为图中的cd曲线。
b.交联:可以防止分子间的相对滑移。如橡胶采用硫化 交联的办法来防止由蠕变产生分子间滑移造成的不可 逆形变。
2. 聚合物的蠕变现象
从分子运动和变化的角度来看，蠕变过程分为： a.普弹形变
（t）
从分子运动的角度解释:
材料受到外力的作用,链内的键长和 键角立刻发生变化,产生的形变很小, 我们称它普弹形变.
（t）
t
外力除去， 立即完全回复
t1
t2 t
图1 理想弹性体（瞬时蠕变）普弹形变
0
E1
0 应力
E1 普弹形变模量
§1-4 粘弹性与滞弹性
理想弹性固体
➢ 弹性服从虎克定律， ➢ 特点：
✓ 受外力作用后，应力和应变之间呈线性关系 ，应力与 应变随时保持同相位；
✓ 应变与t无关。受力时，应变瞬时发生达到平衡值，除 去外力，应变瞬时恢复（可逆）。
E
t
t1
t2
滞弹性
➢ 实际上，绝大多数固体材料的弹性行为很难满足理想弹 性行为。一般都表现出非理想弹性性质，即实际固体的 应力与应变不是单值对应关系，往往有一个时间的滞后 现象。
（t）
t
不可回复
t1 t2
t
图3 理想粘性流动蠕变
无机材料物理性能第2讲
抗蠕变性能就较好。
1.6 无机材料的超塑性
超塑性：一些晶粒尺寸非常细小的无机材料在较高温度下 受到一个缓慢增大的荷载作用时，其永久形变能力发生较 大幅度的提高，远大于常规变形极限的现象。
超塑性
相变超塑性：由于材料发生结构相变而导致永 久性的各向异性尺寸变化。
如果玻璃相不润湿晶相，则晶界为晶粒与晶粒结合， 抵抗蠕变的性能就好；如果玻璃相完全湿润晶相， 玻璃相穿入晶界，将晶粒包围，就形成了抗蠕变最 薄弱的结构，抵抗蠕变的性能就差，其它湿润程度处 在二者之间。
➢ 4.组成 组成不同的材料其蠕变行为不同。 即使组成相同，单独存在和形成化合物，其蠕 变行为不一样。
柏氏矢量具有守恒性，一根不分叉的任何形状的位错 只有一个柏氏矢量。
三、 塑性形变速率对屈服强度的影响
YS m
式中，m为位错运动速率的应力敏感性指数。
1.4 高温下玻璃相的黏性流动
dv
dx
dv 或
dx
dr
dt
式中，常数为粘性系数或粘度，单位为 Pa s
这一定律称为牛顿定律，符合这一定律的流体叫 牛顿液体。
e u 2
0 E kT sinh
23
2kT
1
根据牛顿定律 : dv , 得:
1
dx
1
1
2
eE
0
kT
sinh 231
3kT
可近似认为
1
2
3
, 则：
expE kT
式中:
v
2
0
sinh
0
2kT
E —没有剪应力时的势垒高度；
—频率，即每秒超过势垒的次数； 0
材料力学性能课后答案
1.解释下列名词①滞弹性：金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性，也就是应变落后于应力的现象。
②弹性比功：金属材料吸收弹性变形功的能力，一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。
③循环韧性：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。
④包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。
⑤塑性：金属材料断裂前发生不可逆永久（塑性）变形的能力。
⑥韧性：指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。
脆性：指金属材料受力时没有发生塑性变形而直接断裂的能力⑦加工硬化：金属材料在再结晶温度以下塑性变形时 ,由于晶粒发生滑移 , 出现位错的缠结,使晶粒拉长、破碎和纤维化,使金属的强度和硬度升高,塑性和韧性降低的现象。
⑧解理断裂：解理断裂是在正应力作用产生的一种穿晶断裂，即断裂面沿一定的晶面（即解理面）分离。
2.解释下列力学性能指标的意义弹性模量）；（2）ζ p（规定非比例伸长应力）、ζ e（弹性极限）、ζ s（屈服强度）、ζ （屈服强度）；（3）ζ b（抗拉强度）；（4）n（加工硬化指数）; （5）δ （断后伸长率）、ψ （断面收缩率）4.常用的标准试样有 5 倍和10倍，其延伸率分别用δ 5 和δ 10 表示，说明为什么δ 5>δ 10。
答：对于韧性金属材料，它的塑性变形量大于均匀塑性变形量，所以对于它的式样的比例，尺寸越短，它的断后伸长率越大。
5.某汽车弹簧，在未装满时已变形到最大位置，卸载后可完全恢复到原来状态；另一汽车弹簧，使用一段时间后，发现弹簧弓形越来越小，即产生了塑性变形，而且塑性变形量越来越大。
试分析这两种故障的本质及改变措施。
答：（1）未装满载时已变形到最大位置：弹簧弹性极限不够导致弹性比功小；（2）使用一段时间后，发现弹簧弓形越来越小，即产生了塑性变形，这是构件材料的弹性比功不足引起的故障，可以通过热处理或合金化提高材料的弹性极限（或屈服极限），或者更换屈服强度更高的材料。
根据受力应变特征材料分为：脆性材料,延性材料,弹性材料。
1.根据受力应变特征材料分为：脆性材料，延性材料，弹性材料。
2.材料受载荷后形变的三个阶段：弹性形变，塑形形变，断裂3.弹性模量：材料在弹性变形阶段内正应力和对应的正应变的比值。
意义：反映材料抵抗应变的能力，是原子间结合强度的标志。
影响因素（键合方式，晶体结构，温度，复相的弹性模量）。
机理：对于足够小的形变应力与应变成线性关系，系数为弹性模量，物理本质是原子间结合力抵抗外力的宏观表现，弹性系数和弹性模量是反映原子间结合强度的标志。
4.滞弹性：固体材料的应变产生与消除需要有限的时间，这种与时间有关的弹性称为滞弹性。
衡量指标：应力弛豫和应力蠕变。
应力弛豫：在持续外力作用下发生形变的物体在总变形值保持不变的情况下，徐变变形增加使物体的内部应力随时间延续而逐渐减少的现象。
应力蠕变：固体材料在恒定荷载下变形随时间延续而缓慢增加的不平衡过程。
5.塑性形变指一种在外力移去后不能回复的形变。
滑移系统：滑移方向和滑移面。
产生条件：a-（几何条件）面间距大滑移矢量小b（静电条件）每个面上是同种电荷原子，相对滑移面上的电荷相反。
无机非材料不产生原因：a.滑移系统少；b.（位错运动激活能大）位错运动需要克服的势垒比较大，位错运动难以实现。
施加应力，或者由于滑移系统少无法达到临界剪应力，或者在达到临界剪应力之前就导致断裂；c.伯格斯矢量大。
6.高温蠕变定义：材料在高温下长时间受到小应力作用出现蠕变现象。
影响因素：温度和应力。
机理：a晶格机理（位错攀移理论，由于热运动位错线处一列原子移去或移入，位错线向上移一个滑移面。
）b扩散蠕变理论（空位扩散流动，应力造成浓度差，导致晶粒沿受拉方向伸长或缩短引起形变）c晶界机理（多晶体蠕变，高温下晶界相对滑动，剪应力松弛，有利蠕变。
低温下晶界本身是位错源，不利蠕变）7.理论断裂强度：理论下材料所能承受的最大应力。
实际强度：实际情况中材料在外加应力作用下，沿垂直外力方向拉断所需应力。
8.断裂韧性：是材料的固有性能，由材料的组成和显微结构所决定，是材料的本征参数。
无机材料物理性能
弹性模量：使物体产生伸长一倍变形量所需的应力上限弹性模量：两相通过并联组合得到混合系统的E 值称之~~下限弹性模量：两相通过串联组合得到混合系统的E 值称之~~粘弹性：某些非晶体或多晶体在应力较小时间时表现粘性弹性滞弹性：无机固体和金属的弹性模量依赖于时间的现象蠕变：当对粘弹性体施加恒定应力σ0时，其应变随时间而增加的现象弛豫：当施加恒定应变ε0在粘弹性体上，应力随时间而减小的现象。
影响蠕变的因素：1.温度2.应力3.显微结构的影响4.组成5.晶体结构塑性形变：指在一中外力移去后不能恢复的形变。
塑性形变的两种基本方式：滑移和孪晶声频支：相邻原子具有相同的振动方向光频支：相邻原子振动方向相反，形成了一个范围很小，频率很高的振动热膨胀：物体的体积或长度随温度的升高而增大的现象热传导：当固体材料一端的温度比另一端高时，热量会从热端自动的传向冷端，这个现象就称~~。
声子热导的机理：声子与声子的碰撞产生能量转移(声子：声频波的量子)介质损耗：电场作用下，单位时间内电介质因发热而损耗的电能抗热震断裂性：材料发生瞬时断裂，抵抗这种破坏的性能。
抗热震损伤性：在热冲击循环作用下，材料表面开裂、剥落并不断发展，最终碎裂或变质，抵抗这类破坏的性能。
热应力因子：由于材料热膨胀或收缩引起的内应力双碱效应（中和效应）：当玻璃中碱金属离子总浓度较大时，碱离子总浓度相同的情况下，含两种碱金属离子比含一种碱金属离子的玻璃电导率要小。
当两种碱金属浓度比适当时，电导率可以降到很低。
压碱效应：含碱玻璃中加入二价金属氧化物，尤其是重金属氧化物，可使玻璃电导率降低热稳定性：材料在温度急剧变化而不被破坏的能力，也被称为抗热震性。
铁电体:能够自己极化的非线性介电材料，其电滞回路和铁磁体的磁滞回路形状相近似。
稳定传热：物体内温度分布不随时间改变。
载流子的迁移率：载流子在单位电场中的迁移速率。
移峰效应：在铁电体中引入某种添加物生成固溶体，改变原来的晶胞参数和离子间的相互关系，使居里点向低温或高温方向移动。
粘接材料的变形和蠕变特性
粘接材料的变形和蠕变特性随着科技的发展和需求的增加，粘接材料在工业中应用越来越广泛。
粘接材料具有许多优点，比如可以实现材料的无缝连接、强度高、密封性好等等。
然而，粘接材料在长期使用的过程中也存在着一些问题，比如变形和蠕变等问题。
接下来，我们将深入探讨粘接材料的变形和蠕变特性。
一、变形的定义与分类粘接材料在受到外力作用时，会发生形变，这种形变称为变形。
变形可以分为弹性变形和塑性变形两种。
弹性变形指的是在外力作用后，粘接材料会产生形变，但是形变不会永久留存且不会影响材料强度的现象。
弹性变形可以通过受力后恢复原状的材料特性来描述。
弹性模量越大，材料的硬度就越大。
塑性变形指的是在外力作用下，粘接材料会产生形变，形变的程度超过限制时，会导致产生永久变形的现象。
塑性变形可以通过破坏力学来描述，其抗拉强度和抗剪强度决定了材料的耐用性。
二、蠕变的定义与分类蠕变指的是材料在长期持续的受力下，会发生永久变形的现象。
蠕变可以分为安定蠕变和不安定蠕变两种。
安定蠕变指的是在恒定应力下，材料的变形量也是恒定的，不会随着时间的推移而改变。
安定蠕变是材料在长期使用时最常见的变形形式，通常是钢材、水泥等材料中产生的。
不安定蠕变指的是在恒定应力下，材料的变形随着时间的推移逐渐增加。
比如高温下，金属材料会发生蠕变，这种变形随着时间的增加越来越严重。
三、粘接材料在进行强制性变形时，会产生一定程度的有效变形，但是受到粘接力和胶液自重的作用，会导致一定程度上的不均匀变形。
此外，长时间的受力作用更可能导致蠕变现象。
因此，粘接材料的变形和蠕变特性是需要重视的。
在选择粘接材料时，需要根据实际工作环境中的受力情况来选取合适的材料。
材料的弹性模量越大，其弹性变形越小，也就意味着其抗变形性越好。
而材料的蠕变性则与其抗蠕变强度有关。
对于需要长时间持续受力的工程，需要选择抗蠕变能力强的粘接材料，在安全使用过程中需要注意及时进行维护。
四、粘接材料变形和蠕变的预防和控制粘接材料变形和蠕变的预防和控制需要从以下方面入手：1、选择合适的材料：对于不同的工程，需要选择适合的粘接材料。
聚合物的粘弹性之蠕变分析解析
1.合金化学成分的影响 金属材料层错能越低，越易产生扩展位 错，使位错难以产生割阶、交滑移及攀 移，这都有利于降低蠕变速率。
在基体金属中加入Cr、Mo、W、Nb 等合全元素形成单相固溶体，除固溶强 化外，还会使层错能降低，易形成扩展 位错，且溶质原子与溶剂原子的结合力 较强，增大了扩散激活能，从而提高蠕 变极限。
（1）在三晶粒交会处形成楔形裂纹
❖在高应力和较低温度下，因晶界滑动在三 晶粒交会处受阻，造成应力集中形成空洞， 空洞相互连接便形成楔形裂纹。
（2）在晶界上由空洞形成晶界裂纹
❖这是在较低应力和较高温度下产生 的裂纹。
❖这种裂纹出现在晶界上的突起部位 和细小的第二相质点附近，由于晶 界滑动而产生空洞。
❖ 因而，晶体内空位将从受拉晶 界向受压晶界迁移，原子则向 相反方向流动，
❖ 致使晶体逐渐产生伸长的蠕变。 这种现象即称为扩散蠕变。
（三）晶界滑动：
❖在高温条件下内由于晶界上的原子容 易扩散，受力后晶界易产生滑动，也 促进蠕变进行。
❖但晶界滑动对蠕变的贡献并不大，一 般为10％左右。
❖晶界滑动：不是独立的蠕变机理。因 为晶界滑动一定要和晶内滑移变形配 合进行，否则就不能维持晶界的连续 性，会导致晶界上产生裂纹。
图a－为晶界滑动与晶内滑移带在晶界上交割时形成 的空洞。
❖ 图b－为晶界上存在第二相质点时，当晶界滑动受 阻而形成的空洞，空洞长大并连接，便形成裂纹。
❖ 在耐热合金中晶界上形成的空洞照片，如图。
❖ 以上两种形成裂纹方式，都有空洞萌生过程。
❖ 可见，晶界空洞对材料在高温使用温度范围 和寿命是至关重要的。裂纹形成后，进一步 依靠晶界滑动、空位扩散和空洞连接而扩展， 最终导致沿晶断裂。
粘弹性的基本概念、分类和实用意义
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本章的主要内容
内部尺度－－弹性和粘性结合
粘 弹
外观表现－－4个力学松弛现象
性
时温等效原理－－实用意义， 主曲线，WLF方程
力学模型 描述
为了加深对聚合物粘弹性的理解和掌握
6
二、静态粘弹性 应力和应变恒定，不是时间的函数时，聚合物材料所表
现出来的粘弹现象。
（一）蠕变Creep 1、定义：
2
聚合物：力学行为强烈依赖于温度和外力作用时间 在外力作用下，高分子材料的性质就会介于弹性材料和粘性 材料之间，高分子材料产生形变时应力可同时依赖于应变和 应变速率。 3.粘弹性:聚合物材料组合了固体的弹性和液体的粘性两者的特 征，这种行为叫做粘弹性。粘弹性的表现： 力学松弛 4.线性粘弹性： 组合了服从虎克定律的理想弹性固体的弹性和 服从牛顿流动定律的理想液体的粘性两者的特征，就是线性粘 弹性。
力差,应力松弛慢,也观察不到.只有在Tg温度附近的几十度的范围内应力松
弛现象比较明显.(链由蜷曲变为伸展,以消耗外力)
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0
玻璃态
高弹态 粘流态
t
图9 不同温度下的应力松弛曲线
高分子链的构象重排和分子链滑移是导致材料 蠕变和应力松弛的根本原因。
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三.动态粘弹性Dynamic viscoelasticity 在正弦或其它周期性变化的外力作用下,聚合物粘弹性的表现. 高聚物作为结构材料在实际应用时,往往受到交变力的作 用.如轮胎.
（1）温度：温度升高，蠕变速率增大，蠕变程度变大 因为外力作用下，温度高使分子运动速度加快，松弛加快
（2）外力作用大，蠕变大，蠕变速率高（同于温度的作用）
外温
力度
增升
大高
高分子材料的高弹性和粘弹性(2021年整理)
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第二节高分子材料的高弹性和粘弹性本章第二、三节介绍高分子材料力学性能。
力学性能分强度与形变两大块，强度指材料抵抗破坏的能力,如屈服强度、拉伸或压缩强度、抗冲击强度、弯曲强度等；形变指在平衡外力或外力矩作用下，材料形状或体积发生的变化。
对于高分子材料而言,形变可按性质分为弹性形变、粘性形变、粘弹性形变来研究,其中弹性形变中包括普通弹性形变和高弹性形变两部分。
高弹性和粘弹性是高分子材料最具特色的性质.迄今为止,所有材料中只有高分子材料具有高弹性。
处于高弹态的橡胶类材料在小外力下就能发生100-1000%的大变形,而且形变可逆，这种宝贵性质使橡胶材料成为国防和民用工业的重要战略物资.高弹性源自于柔性大分子链因单键内旋转引起的构象熵的改变,又称熵弹性。
粘弹性是指高分子材料同时既具有弹性固体特性，又具有粘性流体特性，粘弹性结合产生了许多有趣的力学松弛现象，如应力松弛、蠕变、滞后损耗等行为。
这些现象反映高分子运动的特点，既是研究材料结构、性能关系的关键问题，又对正确而有效地加工、使用聚合物材料有重要指导意义.一、高弹形变的特点及理论分析（一）高弹形变的一般特点与金属材料、无机非金属材料的形变相比，高分子材料的典型高弹形变有以下几方面特点。
1、小应力作用下弹性形变很大,如拉应力作用下很容易伸长100%～1000%（对比普通金属弹性体的弹性形变不超过1％）；弹性模量低,约10—1～10MPa（对比金属弹性模量，约104～105MPa）。
滞弹性
滞弹性：在外加载荷作用下，应变落后于应力现象。
静力韧度：材料在静拉伸时单位体积材科从变形到断裂所消耗的功。
弹性极限：试样加载后再卸裁，以不出现残留的永久变形为标准，材料能够完全弹性恢复的最高应力。
比例极限：应力—应变曲线上符合线性关系的最高应力。
包申格效应：指原先经过少量塑性变形，卸载后同向加载，弹性极限(σP)或屈服强度(σS)增加；反向加载时弹性极限(σP)或屈服强度(σS)降低的现象。
解理断裂：沿一定的晶体学平面产生的快速穿晶断裂。
晶体学平面－－解理面，一般是低指数，表面能低的晶面。
解理面：在解理断裂中具有低指数，表面能低的晶体学平面。
韧脆转变：材料力学性能从韧性状态转变到脆性状态的现象（冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔聚集型转变微穿晶断裂，断口特征由纤维状转变为结晶状）。
静力韧度：材料在静拉伸时单位体积材料从变形到断裂所消耗的功叫做静力韧度。
是一个强度与塑性的综合指标，是表示静载下材料强度与塑性的最佳配合。
1）应力状态软性系数—材料最大切应力与最大正应力的比值，记为α。
（2）缺口效应——缺口材料在静载荷作用下，缺口截面上的应力状态发生的变化。
（3）缺口敏感度——金属材料的缺口敏感性指标，用缺口试样的抗拉强度与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度的比值表示。
（4）布氏硬度——用钢球或硬质合金球作为压头，采用单位面积所承受的试验力计算而得的硬度。
（5）洛氏硬度——采用金刚石圆锥体或小淬火钢球作压头，以测量压痕深度所表示的硬度。
（6）维氏硬度——以两相对面夹角为136。
的金刚石四棱锥作压头，采用单位面积所承受的试验力计算而得的硬度。
（7）努氏硬度——采用两个对面角不等的四棱锥金刚石压头，由试验力除以压痕投影面积得到的硬度。
（8）肖氏硬度——采动载荷试验法，根据重锤回跳高度表证的金属硬度。
（9）里氏硬度——采动载荷试验法，根据重锤回跳速度表证的金属硬度。
二、说明下列力学性能指标的意义（1）σｂｃ——材料的抗压强度（2）σｂｂ——材料的抗弯强度（3）τｓ——材料的扭转屈服点（4）τｂ——材料的抗扭强度（5）σｂｎ——材料的抗拉强度（6）NSR——材料的缺口敏感度（7）HBS——压头为淬火钢球的材料的布氏硬度（8）HBW——压头为硬质合金球的材料的布氏硬度（9）HRA——材料的洛氏硬度（１０）HRB——材料的洛氏硬度（１１）HRC——材料的洛氏硬度（１２）HV——材料的维氏硬度（１３）HK——材料的努氏硬度（１４）HS——材料的肖氏硬度（１５）HL——材料的里氏硬度8.今有如下零件和材料需要测定硬度，试说明选择何种硬度实验方法为宜。
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思考题：
• 高温蠕变的位错运动理论的含义？ • 影响蠕变的因素有哪些？怎样影响？ • 玻璃相的粘度与哪些因素有关？
σ弹2 ε弹2 E2
σ弹1 ε弹1 E1 σ粘 ε粘 η
根据此模型有以下关系： 2=1+3 3= 3 =1+2 1=E1 1 1=3 2=E22 消去各元件的应力和应变，得 （/E1)(E1+E2) + E2 = (/E1) +
设： = /E1 ， = (E1+E2)/ E2 = (E1+E2)/ E2 E1 则有 E2( +)=+ 定义： ------ 恒定应变下的应力弛豫时间； ------ 恒定应力下的应变蠕变时间。
应力弛豫时间的含义：表达了一种材料在恒定变形下， 势能消失时间的长短，是材料内部结构性质的重要指 标，对于材料变形性质有决定性的影响。 • 松弛时间短，势能消失快，这种材料接近虎克固体. • 两种弛豫时间都表示材料在外力作用下，从不平衡状 态通过内部结构重新调整组合达到平衡状态所需的时 间。 弛豫时间与滞弹性的关系：材料的粘度越大，弹性模量 越小，弛豫时间越长，滞弹性越大。
高温蠕变主要有以下几种理论:
位错运动理论
扩散蠕变理论 晶界蠕变理论
位错运动理论
高温蠕变理论
位错攀移示意图
扩散蠕变理论
高温蠕变理论
扩散蠕变理论
沿晶粒内部扩散的稳态蠕变速率
高温蠕变理论
ε
沿晶界扩散扩散的稳态蠕变速率
ε
晶界蠕变理论
高温蠕变理论
多晶陶瓷中存在着大量晶界，当晶界 位向差大时，可以把晶界看成是非晶
标准线性固体的力学行为
蠕变：施加恒定应力， 应变随时间而增加
(b)
驰豫：施加恒定应变， 应力随时间而减小
(c)
标准线性固体应力应变与时间的关系
§1-3
无机材料的高温蠕变
蠕变:当对材料施加恒定应力σ0时，其
应变随时间而增加的现象
典型的蠕变曲线
加速蠕变阶段。应变率随时 间增加，最后到d点断裂
应变与时间成正比
无机材料物理性能
第四讲
2013年12月31日
粘弹性与滞弹性
理 想弹 性:受到外力后，平衡形变是瞬时达到的与 时间无关。 理想粘弹性:受到外力后，形变是随时间线性发展的。 粘 弹 性：非晶体、多晶体在比较小的应力时可以 同时表现出弹性和粘性 滞 弹 性：无机固体和金属这种与时间有关的弹性
滞弹性或粘弹性的力学模型
蠕变减速阶段
瞬时发生的和时间没有关系
oa段形变是瞬时发生的和时间没有关系 第一阶段蠕变ab，蠕变减速阶段 A为常数。
低温时n=1，
高温时n=2/3，
；
第二阶段蠕变bc，稳态蠕变阶段 （常数） 成正比 应变与时间
第三阶段蠕变cd，加速蠕变阶段。
应变率随时间增加，最后到d点断裂
高温蠕变理论
体。高温时，其粘度变小，从而易发
生粘滞流动，而产生蠕变。
影响蠕变的因素
温度 应力 显微结构 化学组成 晶体结构
§1-4
高温下玻璃相的粘性流动
剪应力与剪切速度梯度成正比
牛顿定律
绝对速率理论模型
流动速度
流体粘度
影响粘度的因素
温度 时间 组成
温 度 影 响
时间的影响
组 成 的 影 响
粘弹性和滞弹性
• 粘弹性------材料在比较小的应力作用下，可以同时表现出 弹性和粘性。与理想的弹性应变比较，后者应力和应变不 随时间滞后，前者有一定的滞后。 • 滞弹性------与时间有关的弹性，即E(t) 。 • 对于蠕变，应力和应变有 Ec(t)=0/(t) • 对于弛豫，应力和应变有 Er(t)= (t)/ 0 • 也即弹性模量随时间而变化，并不是一个常数。 • 未弛豫模量------测量时间小于松弛时间，随时间的形变还 没有机会发生时的弹性模量； • 弛豫模量------测量的时间大于松弛时间，随时间的形变已 发生的弹性模量。