材料在高温条件下的力学性能
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第七章 材料在高温条件下的力学性能
7.0 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 引 言 材料的蠕变 蠕变极限与持久强度 应力松弛 高温疲劳及疲劳与蠕变的交互作用 高温热暴露 陶瓷材料的抗热震性 温度对聚合物力学性能的影响
7.0 引 言
高压蒸汽锅炉、汽轮机、燃气轮机、柴油机、化 工炼油设备以及航空发动机中的构件都是长期在高温 条件下工作的。 材料的高温力学性能不同于室温。 1）何谓高温？ 金属材料：T>0.3-0.4Tm；(Tm为材料的熔点，以绝 对温度K计算) 陶瓷材料： T>0.4-0.5Tm； 高分子材料T>Tg （Tg为玻璃化转变温度）
7.2.3 蠕变极限和持久强度的影响因素 由蠕变断裂机理可知： 1）要降低蠕变速度提高蠕变极限，必须控制位错攀移 的速度； 2）要提高断裂抗力，即提高持久强度，必须抑制晶界 的滑动，也就是说要控制晶内和晶界的扩散过程。 （一）合金化学成分的影响 耐热钢及合金的基体材料一般选用熔点高、自扩散 激活能大或层错能低的金属及合金。 * 熔点愈高的金属(Cr、W、Mo、Nb)，自扩散愈慢； * 层错能降低，易形成扩展位错，位错难以交滑移、攀 移；
600
5
如： 1/10 =100MPa，就表示材料在600℃温度下， 10万小时后伸长率为1%的蠕变极限为100MPa。
7.2.2 持久强度 材料在高温下的变形抗力与断裂抗力也是两种 不同的性能指标。 对于高温材料除测定蠕变极限外，还必须测定 其在高温长时载荷作用下抵抗断裂的能力，即持久 强度。 材料的持久强度，是在给定温度T下，恰好使材 料经过规定的时间（t）发生断裂的应力值，以 T t （MPa）来表示。 如某材料在700℃承受30MPa的应力作用，经 1000h后断裂，则称这种材料在700℃、1000h的持久 700 强度为30MPa，写成 1 =30MPa。 10
在高温下，陶瓷材料的塑性有所改善，会产生 一定的塑性变形。 高分子材料的力学性能随着温度的变化有明显 的改变，呈现出不同的力学状态，并具有显著的粘 弹性行为。 对材料的高温力学性能，需要研究温度、应力、 应变与时间的关系，建立评定材料高温力学性能的 指标，分析其在高温长时荷载作用下变形和断裂的 机理，提出提高材料高温力学性能的途径。
1）金属与陶瓷材料的蠕变曲线 （1）ab段为蠕变第I阶段，称为减速蠕变阶段，其蠕 变变形速度与时间的关系可用下式表示： （7-2） ＝At－n 式中A、n皆为常数，且0<n≤1。
图7-2 典型材料的蠕变曲线
（2）bc段为蠕变第II阶段，此阶段蠕变速度基本不 变，为恒速(稳定)蠕变阶段。此时的蠕变速度称最小 蠕变速度，即通常所谓的蠕变速度，其蠕变量为： ε＝ t （7-3） （3）cd段为蠕变第III阶段，为加速蠕变阶段。此时 材料因产生颈缩或裂纹而很快于d点断裂。蠕变断裂 时间及总变形量为tr及εr。 第II阶段的蠕变速度 及τr(持久断裂时间)、 εr(持久断裂塑性)是材料高温力学性能的重要指标。 蠕变曲线与应力、温度有关；应力小、温度低 时，蠕变速率低、第II阶段长；应力增加、温度升高 后，第II阶段变短、甚至消失。
b）扩散蠕变 发生在T/Tm>0.5的情况下，是大量原子和空位的 定向移动的结果。 无外力作用下，原子和空位的移动无方向性，材 料无塑性变形。 有外力作用时，拉应力下的晶界产生空位，而压 应力作用下的晶界空位浓度小，因此空位由拉应力 晶界向压应力晶界迁移，致使晶体产生伸长的蠕变。 扩散途径： （1） 空位沿晶内流动，Nabarroherring机制；（2）沿晶界流动，Coble机制。
图7-12 12Cr1MoV钢的σ-t对数曲线
注意事项： （1）高温长时试验表明，在lgt-lgσ双对数坐标中，各 试验数据并不真正符合线性关系，一般均有折点。 折点位置和曲线形状与材料在高温下的组织稳定性 和试验温度有关。 （2）缺口的影响：引起应力集中，降低持久强度。
图7-13 某种钢持久强度曲线的转折现象
图7-7 应力与温度对蠕变曲线的影响
2）陶瓷材料 （1）晶体结构 六方结构的Al2O3、立方结构的ZrO2，因仅有一 个滑移系，变形量很小；体心立方的 MgO因有两个 滑移系，塑性变形量大。 （2）显微结构 * 气 孔： 蠕变速率随气孔率增加而增大。这一方面 是因为气孔减少了有效承载面积，另一方面的原因 是，当晶界发生粘性流动时，气孔体积中可以容纳晶 粒所发生的变形。 * 晶粒尺寸：晶粒愈小，蠕变率愈大。这是因为晶粒 愈小，晶界比例就愈大，晶界扩散及晶界流动对蠕变 的贡献就愈大。
1
E1
（b）高弹形变：分子链通过链段运动逐渐伸展的过 程，形变量比普弹形变要大得多，但形变与时间成 指数关系： 2 1 e t /
E2
式中ε2即高弹形变，τ是松弛时间(或称推迟时 间)，它与链段运动的粘度η2和高弹模量E2有关， τ=η2/E2。外力除去后，高弹形变逐渐回复。 （c） 粘性流动：产生分子间的相对滑动 。外力去除 后粘性流动不能回复。
1) 在给定温度T下，使试样产生规定蠕变速度的应力 T 值，以符号 （MPa）表示（其中 为第二阶段蠕 变速度，%/h）。 如： 110 =600MPa，表示温度在600℃的条件下， 蠕变速率为1×10-5%/h的蠕变极限为600MPa。
600
5
2）在给定温度T和在规定的试验时间（t，小时） 内，使试样产生一定蠕变变形量（δ，%）的应力 值，以符号 σδ/ t T 表示。
3
* 持久强度的测定 持久强度一般通过作持久试验测定，只要测定试样 在给定温度和一定应力作用下的断裂时间。 （1）对于设计寿命为数百至数千小时的机件，可以直接 用同样时间的试验来确定。 （2）对于设计寿命为数万以至数十万小时的机件，一般 做出一些应力较大、断裂时间较短的试验数据，画在 lgt-lgσ坐标图上，联成直线，用外推法（时间不超过 一个数量级）求出数万以至数十万小时的持久强度。 由持久强度试验，测量试样在断裂后的伸长率及 断面收缩率，还能反映出材料在高温下的持久塑性。
7.1.1 蠕变曲线 描述蠕变变形规律的参量主要有：应力、温度、 时间、蠕变变形量和变形速率等，其关系为： (7-1) 式中为 蠕变速率，σ为应力，T为绝对温度， ε为蠕变变形量，m1和m2为与晶体结构特性（如弹 性模量等）和组织因素（如晶粒度等）有关的参量。
1 2
＝f(σ，T，ε，m ，m )
7.1 材料的蠕变
材料在长时间的恒温、恒应力作用下，即使应 力小于屈服强度，也会缓慢地产生塑性变形的现象称 为蠕变（Creep）。 由于这种变形而最后导致材料的断裂称为蠕变 断裂。
材料的蠕变可在任何温度范围内发生，不过高温 时，变形速度高，蠕变现象更明显。陶瓷材料在室温 一般不考虑蠕变；高分子材料在室温下就能发生蠕变。
c）晶界滑动蠕变 高温下，晶界上的原子易扩散，受力后发生滑 动，促进蠕变； 多晶陶瓷中存在大量晶界，晶界是低熔点氧化物 聚集之处，易于形成玻璃相。在温度较高时，晶界粘 度迅速下降。外力导致晶界粘滞性流动，发生蠕变。 晶界形变在高温时很显著，甚至能占总蠕变变形 量的一半，晶界的滑动是通过晶界的滑移和迁移来进 行的，如图7-4所示，A-B，B-C,及A-C晶界发生晶界 滑移，晶界迁移，三晶粒的交点由1移至2再移至3点。
2) 高分子材料的蠕变曲线
图7-3 高分子材料蠕变及回复曲线 (t1 是加荷时间， t2 是释荷时间)
7.1.2 蠕变机制 1) 金属和陶瓷材料的蠕变变形机制 a）位错滑移蠕变 塑性变形→位错滑移 →塞积、强化、更大切应 力下才能重新运动 → 变形速度减小； 在高温下，靠热激活和空位扩散来进行→ 刃位 错发生攀移→位错在新的滑移面上运动 → 位错源再 次开动、使蠕变得以不断发展（动态回复过程） → 蠕变速度增大。 第I阶段，材料因变形而强化，阻力增大，速率减小。 第II阶段，材料强化与动态回复共存，达到平衡，蠕 变速率维持不变。
图7-10 蠕变与温度和外力的关系
图7-11 几种高聚物23℃时的蠕变性能比较 1-聚砜；2-聚苯醚；3-聚碳酸酯；4-改性聚苯醚；5-ABS （耐热级）；6-聚甲醛；7-尼龙；8-ABS
7. 2 蠕变极限与持久强度
7.2.1 蠕变极限 为保证在高温长期载荷作用下的机件不致产生 过量变形，要金属材料具有一定的蠕变极限。 蠕变极限是高温长期载荷作用下材料对塑性变 形抗力的指标。 蠕变极ห้องสมุดไป่ตู้一般有两种表示方法：
3 t 3
式中η3是本体粘度。因此普弹形变和高弹形变是 可逆形变，而粘性流动称为不可逆形变。 聚合物受到外力作用时，以上三种形变一起发 生；三种形变的相对比例依具体条件不同而不同。
3）蠕变断裂机制 大多为沿晶断裂，晶界上形成裂纹并引起断裂。 * 在三晶粒交汇处形成楔形裂纹。 晶界滑动在三晶粒交汇处受阻，造成应力集中形 成空洞，空洞连接形成裂纹。
图7-8 多晶Al2O3气孔率对蠕变率的影响
* 玻璃相： 当温度升高时，玻璃相的粘度降低，因而蠕变速 率增大。 如玻璃相不湿润晶相(图7-9(a))，则在晶界处为晶 粒与晶粒结合，抗蠕变性能就好；如玻璃相完全湿润 晶体相(图7-9(b))，则玻璃相包围晶粒，抗蠕变的性 能最弱。在其它的湿润程度处下，材料的抗蠕变性能 处于二者之间。 （3）温 度： 随着温度升高，位错运动和晶界滑动速度加 快，扩散系数增大，因此当温度升高时，蠕变速率增 大。
图7-4 晶界滑移及晶界迁移示意图 (虚线--迁移前晶界,实线为迁移后晶界)
在蠕变过程中，因环境温度和外加应力的不同， 控制蠕变过程的机制也不同。
图7-5 银的形变机制图
2）高分子材料的蠕变机理 从分子运动和变化的角度来看，蠕变过程包括下 面三种形变： （a）普弹形变：分子链内部键长和键角立刻发生变 化，形变量很小，卸载后恢复原状。
* 晶界上由空洞形成的晶界裂纹，进而扩展断裂。
7.1.3 蠕变的影响因素 1）金属材料 对高温、低应力蠕变，第II阶段的蠕变速度：
＝C σ m exp(-Q/KT)
C、m为材料决定的常数，Q为蠕变激活能。由 蠕变速度可以计算出材料在高温下长期使用时的变 形量及其确定的蠕变极限。 显然在应力增大或温度升高时， 会增大。
图7-9 玻璃相对晶相的湿润情况
3）高分子材料 * 温度过低，外力太小，蠕变很小而且很慢，在短时 间内不易觉察； * 温度过高，外力过大，形变发展过快，也感觉不出 蠕变现象； * 在适当的外力作用下，通常在高聚物的Tg以上不 远，链段在外力下可以运动，但运动时受到的内摩 擦力又较大，只能缓慢运动，则可观察到较明显的 蠕变现象。
1）温度对材料力学性能的影响 * 材料在高温下将发生蠕变现象（材料在恒定应力的 持续作用下不断地发生变形）。 * 材料在高温下的强度与载荷作用的时间有关。载荷 作用时间越长，引起变形的抗力越小。 * 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，作用时间越长，塑性降低越显著，甚 至出现脆性断裂。 * 与蠕变现象相伴随的还有高温应力松弛（恒定应 变下，材料内部的应力随时间降低的现象）。
2）温度和时间对断裂形式的影响 温度升高时，晶粒强度和晶界强度都要降低， 但由于晶界上原子排列不规则，扩散容易通过晶界 进行，因此，晶界强度下降较快。 晶粒与晶界两者强度相等的温度称为“等强温 度”TE。 当材料在TE以上工作时，材料的断裂方式由常 见的穿晶断裂过渡到晶间断裂。 材料的TE不是固定不变的，变形速率对它有较 大影响。因晶界强度对形变速率敏感性要比晶粒大 得多，因此TE随变形速度的增加而升高。
* 弥散相能强烈阻碍位错的滑移与攀移； * 能增加晶界扩散激活能的添加元素(如硼及稀土)， 则既能阻碍晶界滑动，又增大晶界裂纹的表面能。 * 面心立方结构的材料比体心立方结构的高温强度大。 （二）冶炼工艺的影响 * 降低夹杂物和冶金缺陷的含量； * 通过定向凝固工艺，减少横向晶界，提高持久强 度，因为在横向晶界上容易产生裂纹。 （三）热处理工艺的影响 * 珠光体耐热钢一般采用正火加高温回火工艺。回 火温度应高于使用温度100~150℃以上，以提高其在 使用温度下的组织稳定性。
7.0 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 引 言 材料的蠕变 蠕变极限与持久强度 应力松弛 高温疲劳及疲劳与蠕变的交互作用 高温热暴露 陶瓷材料的抗热震性 温度对聚合物力学性能的影响
7.0 引 言
高压蒸汽锅炉、汽轮机、燃气轮机、柴油机、化 工炼油设备以及航空发动机中的构件都是长期在高温 条件下工作的。 材料的高温力学性能不同于室温。 1）何谓高温？ 金属材料：T>0.3-0.4Tm；(Tm为材料的熔点，以绝 对温度K计算) 陶瓷材料： T>0.4-0.5Tm； 高分子材料T>Tg （Tg为玻璃化转变温度）
7.2.3 蠕变极限和持久强度的影响因素 由蠕变断裂机理可知： 1）要降低蠕变速度提高蠕变极限，必须控制位错攀移 的速度； 2）要提高断裂抗力，即提高持久强度，必须抑制晶界 的滑动，也就是说要控制晶内和晶界的扩散过程。 （一）合金化学成分的影响 耐热钢及合金的基体材料一般选用熔点高、自扩散 激活能大或层错能低的金属及合金。 * 熔点愈高的金属(Cr、W、Mo、Nb)，自扩散愈慢； * 层错能降低，易形成扩展位错，位错难以交滑移、攀 移；
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如： 1/10 =100MPa，就表示材料在600℃温度下， 10万小时后伸长率为1%的蠕变极限为100MPa。
7.2.2 持久强度 材料在高温下的变形抗力与断裂抗力也是两种 不同的性能指标。 对于高温材料除测定蠕变极限外，还必须测定 其在高温长时载荷作用下抵抗断裂的能力，即持久 强度。 材料的持久强度，是在给定温度T下，恰好使材 料经过规定的时间（t）发生断裂的应力值，以 T t （MPa）来表示。 如某材料在700℃承受30MPa的应力作用，经 1000h后断裂，则称这种材料在700℃、1000h的持久 700 强度为30MPa，写成 1 =30MPa。 10
在高温下，陶瓷材料的塑性有所改善，会产生 一定的塑性变形。 高分子材料的力学性能随着温度的变化有明显 的改变，呈现出不同的力学状态，并具有显著的粘 弹性行为。 对材料的高温力学性能，需要研究温度、应力、 应变与时间的关系，建立评定材料高温力学性能的 指标，分析其在高温长时荷载作用下变形和断裂的 机理，提出提高材料高温力学性能的途径。
1）金属与陶瓷材料的蠕变曲线 （1）ab段为蠕变第I阶段，称为减速蠕变阶段，其蠕 变变形速度与时间的关系可用下式表示： （7-2） ＝At－n 式中A、n皆为常数，且0<n≤1。
图7-2 典型材料的蠕变曲线
（2）bc段为蠕变第II阶段，此阶段蠕变速度基本不 变，为恒速(稳定)蠕变阶段。此时的蠕变速度称最小 蠕变速度，即通常所谓的蠕变速度，其蠕变量为： ε＝ t （7-3） （3）cd段为蠕变第III阶段，为加速蠕变阶段。此时 材料因产生颈缩或裂纹而很快于d点断裂。蠕变断裂 时间及总变形量为tr及εr。 第II阶段的蠕变速度 及τr(持久断裂时间)、 εr(持久断裂塑性)是材料高温力学性能的重要指标。 蠕变曲线与应力、温度有关；应力小、温度低 时，蠕变速率低、第II阶段长；应力增加、温度升高 后，第II阶段变短、甚至消失。
b）扩散蠕变 发生在T/Tm>0.5的情况下，是大量原子和空位的 定向移动的结果。 无外力作用下，原子和空位的移动无方向性，材 料无塑性变形。 有外力作用时，拉应力下的晶界产生空位，而压 应力作用下的晶界空位浓度小，因此空位由拉应力 晶界向压应力晶界迁移，致使晶体产生伸长的蠕变。 扩散途径： （1） 空位沿晶内流动，Nabarroherring机制；（2）沿晶界流动，Coble机制。
图7-12 12Cr1MoV钢的σ-t对数曲线
注意事项： （1）高温长时试验表明，在lgt-lgσ双对数坐标中，各 试验数据并不真正符合线性关系，一般均有折点。 折点位置和曲线形状与材料在高温下的组织稳定性 和试验温度有关。 （2）缺口的影响：引起应力集中，降低持久强度。
图7-13 某种钢持久强度曲线的转折现象
图7-7 应力与温度对蠕变曲线的影响
2）陶瓷材料 （1）晶体结构 六方结构的Al2O3、立方结构的ZrO2，因仅有一 个滑移系，变形量很小；体心立方的 MgO因有两个 滑移系，塑性变形量大。 （2）显微结构 * 气 孔： 蠕变速率随气孔率增加而增大。这一方面 是因为气孔减少了有效承载面积，另一方面的原因 是，当晶界发生粘性流动时，气孔体积中可以容纳晶 粒所发生的变形。 * 晶粒尺寸：晶粒愈小，蠕变率愈大。这是因为晶粒 愈小，晶界比例就愈大，晶界扩散及晶界流动对蠕变 的贡献就愈大。
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E1
（b）高弹形变：分子链通过链段运动逐渐伸展的过 程，形变量比普弹形变要大得多，但形变与时间成 指数关系： 2 1 e t /
E2
式中ε2即高弹形变，τ是松弛时间(或称推迟时 间)，它与链段运动的粘度η2和高弹模量E2有关， τ=η2/E2。外力除去后，高弹形变逐渐回复。 （c） 粘性流动：产生分子间的相对滑动 。外力去除 后粘性流动不能回复。
1) 在给定温度T下，使试样产生规定蠕变速度的应力 T 值，以符号 （MPa）表示（其中 为第二阶段蠕 变速度，%/h）。 如： 110 =600MPa，表示温度在600℃的条件下， 蠕变速率为1×10-5%/h的蠕变极限为600MPa。
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2）在给定温度T和在规定的试验时间（t，小时） 内，使试样产生一定蠕变变形量（δ，%）的应力 值，以符号 σδ/ t T 表示。
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* 持久强度的测定 持久强度一般通过作持久试验测定，只要测定试样 在给定温度和一定应力作用下的断裂时间。 （1）对于设计寿命为数百至数千小时的机件，可以直接 用同样时间的试验来确定。 （2）对于设计寿命为数万以至数十万小时的机件，一般 做出一些应力较大、断裂时间较短的试验数据，画在 lgt-lgσ坐标图上，联成直线，用外推法（时间不超过 一个数量级）求出数万以至数十万小时的持久强度。 由持久强度试验，测量试样在断裂后的伸长率及 断面收缩率，还能反映出材料在高温下的持久塑性。
7.1.1 蠕变曲线 描述蠕变变形规律的参量主要有：应力、温度、 时间、蠕变变形量和变形速率等，其关系为： (7-1) 式中为 蠕变速率，σ为应力，T为绝对温度， ε为蠕变变形量，m1和m2为与晶体结构特性（如弹 性模量等）和组织因素（如晶粒度等）有关的参量。
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＝f(σ，T，ε，m ，m )
7.1 材料的蠕变
材料在长时间的恒温、恒应力作用下，即使应 力小于屈服强度，也会缓慢地产生塑性变形的现象称 为蠕变（Creep）。 由于这种变形而最后导致材料的断裂称为蠕变 断裂。
材料的蠕变可在任何温度范围内发生，不过高温 时，变形速度高，蠕变现象更明显。陶瓷材料在室温 一般不考虑蠕变；高分子材料在室温下就能发生蠕变。
c）晶界滑动蠕变 高温下，晶界上的原子易扩散，受力后发生滑 动，促进蠕变； 多晶陶瓷中存在大量晶界，晶界是低熔点氧化物 聚集之处，易于形成玻璃相。在温度较高时，晶界粘 度迅速下降。外力导致晶界粘滞性流动，发生蠕变。 晶界形变在高温时很显著，甚至能占总蠕变变形 量的一半，晶界的滑动是通过晶界的滑移和迁移来进 行的，如图7-4所示，A-B，B-C,及A-C晶界发生晶界 滑移，晶界迁移，三晶粒的交点由1移至2再移至3点。
2) 高分子材料的蠕变曲线
图7-3 高分子材料蠕变及回复曲线 (t1 是加荷时间， t2 是释荷时间)
7.1.2 蠕变机制 1) 金属和陶瓷材料的蠕变变形机制 a）位错滑移蠕变 塑性变形→位错滑移 →塞积、强化、更大切应 力下才能重新运动 → 变形速度减小； 在高温下，靠热激活和空位扩散来进行→ 刃位 错发生攀移→位错在新的滑移面上运动 → 位错源再 次开动、使蠕变得以不断发展（动态回复过程） → 蠕变速度增大。 第I阶段，材料因变形而强化，阻力增大，速率减小。 第II阶段，材料强化与动态回复共存，达到平衡，蠕 变速率维持不变。
图7-10 蠕变与温度和外力的关系
图7-11 几种高聚物23℃时的蠕变性能比较 1-聚砜；2-聚苯醚；3-聚碳酸酯；4-改性聚苯醚；5-ABS （耐热级）；6-聚甲醛；7-尼龙；8-ABS
7. 2 蠕变极限与持久强度
7.2.1 蠕变极限 为保证在高温长期载荷作用下的机件不致产生 过量变形，要金属材料具有一定的蠕变极限。 蠕变极限是高温长期载荷作用下材料对塑性变 形抗力的指标。 蠕变极ห้องสมุดไป่ตู้一般有两种表示方法：
3 t 3
式中η3是本体粘度。因此普弹形变和高弹形变是 可逆形变，而粘性流动称为不可逆形变。 聚合物受到外力作用时，以上三种形变一起发 生；三种形变的相对比例依具体条件不同而不同。
3）蠕变断裂机制 大多为沿晶断裂，晶界上形成裂纹并引起断裂。 * 在三晶粒交汇处形成楔形裂纹。 晶界滑动在三晶粒交汇处受阻，造成应力集中形 成空洞，空洞连接形成裂纹。
图7-8 多晶Al2O3气孔率对蠕变率的影响
* 玻璃相： 当温度升高时，玻璃相的粘度降低，因而蠕变速 率增大。 如玻璃相不湿润晶相(图7-9(a))，则在晶界处为晶 粒与晶粒结合，抗蠕变性能就好；如玻璃相完全湿润 晶体相(图7-9(b))，则玻璃相包围晶粒，抗蠕变的性 能最弱。在其它的湿润程度处下，材料的抗蠕变性能 处于二者之间。 （3）温 度： 随着温度升高，位错运动和晶界滑动速度加 快，扩散系数增大，因此当温度升高时，蠕变速率增 大。
图7-4 晶界滑移及晶界迁移示意图 (虚线--迁移前晶界,实线为迁移后晶界)
在蠕变过程中，因环境温度和外加应力的不同， 控制蠕变过程的机制也不同。
图7-5 银的形变机制图
2）高分子材料的蠕变机理 从分子运动和变化的角度来看，蠕变过程包括下 面三种形变： （a）普弹形变：分子链内部键长和键角立刻发生变 化，形变量很小，卸载后恢复原状。
* 晶界上由空洞形成的晶界裂纹，进而扩展断裂。
7.1.3 蠕变的影响因素 1）金属材料 对高温、低应力蠕变，第II阶段的蠕变速度：
＝C σ m exp(-Q/KT)
C、m为材料决定的常数，Q为蠕变激活能。由 蠕变速度可以计算出材料在高温下长期使用时的变 形量及其确定的蠕变极限。 显然在应力增大或温度升高时， 会增大。
图7-9 玻璃相对晶相的湿润情况
3）高分子材料 * 温度过低，外力太小，蠕变很小而且很慢，在短时 间内不易觉察； * 温度过高，外力过大，形变发展过快，也感觉不出 蠕变现象； * 在适当的外力作用下，通常在高聚物的Tg以上不 远，链段在外力下可以运动，但运动时受到的内摩 擦力又较大，只能缓慢运动，则可观察到较明显的 蠕变现象。
1）温度对材料力学性能的影响 * 材料在高温下将发生蠕变现象（材料在恒定应力的 持续作用下不断地发生变形）。 * 材料在高温下的强度与载荷作用的时间有关。载荷 作用时间越长，引起变形的抗力越小。 * 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，作用时间越长，塑性降低越显著，甚 至出现脆性断裂。 * 与蠕变现象相伴随的还有高温应力松弛（恒定应 变下，材料内部的应力随时间降低的现象）。
2）温度和时间对断裂形式的影响 温度升高时，晶粒强度和晶界强度都要降低， 但由于晶界上原子排列不规则，扩散容易通过晶界 进行，因此，晶界强度下降较快。 晶粒与晶界两者强度相等的温度称为“等强温 度”TE。 当材料在TE以上工作时，材料的断裂方式由常 见的穿晶断裂过渡到晶间断裂。 材料的TE不是固定不变的，变形速率对它有较 大影响。因晶界强度对形变速率敏感性要比晶粒大 得多，因此TE随变形速度的增加而升高。
* 弥散相能强烈阻碍位错的滑移与攀移； * 能增加晶界扩散激活能的添加元素(如硼及稀土)， 则既能阻碍晶界滑动，又增大晶界裂纹的表面能。 * 面心立方结构的材料比体心立方结构的高温强度大。 （二）冶炼工艺的影响 * 降低夹杂物和冶金缺陷的含量； * 通过定向凝固工艺，减少横向晶界，提高持久强 度，因为在横向晶界上容易产生裂纹。 （三）热处理工艺的影响 * 珠光体耐热钢一般采用正火加高温回火工艺。回 火温度应高于使用温度100~150℃以上，以提高其在 使用温度下的组织稳定性。