高温蠕变机制
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蠕变
1 蠕变现象和蠕变曲线
当温度T≥(0.3~0.5)Tm(Tm为熔点，单位为K)时，金属材料在恒载荷的 持续作用下，发生与时间相关的塑性变形，称为蠕变。 相应的应变与时间关系曲线称为
蠕变曲线。
金属材料的典型蠕变曲线
如图（1）所示。
图（1） 典型蠕变曲线
2 蠕变产生的机理
蠕变理论的基础是晶体缺陷的运动, 各种形式的晶体缺陷的运动都与热活化 控制相关。 针对材料的高温蠕变，提出了解释材料产生蠕变的三种机理，分别为扩散蠕 变机理、晶格机理和晶界滑移机理。
聚在一起，就要求晶界滑动；另一方面，如果蠕变起因于晶界滑动，要求扩散
过程来调整。
1）扩散蠕变机理
该机理认为材料内部的空位浓度差是产生蠕变的主要原因; 并且认为空 位浓度的变化量与材料的外加应力成正比, 同时晶界对空位的消失和产生起 主要作用。 由于位错、晶界等非平衡缺陷的存在，在外界应力的作用下，实际材料
中原子的力化学势场 分布并不均匀相等，从而导致不同区域之间原子扩散流
的产生，材料发生扩散蠕变。
错位线向下移一个滑移面。
位错在垂直滑移面方向的运动称
为位错的攀移运动，见图（3）。
图（3） 位错攀移
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=Anexp(-Q/RT)= Anexp(S /R)exp(- H/RT) 式中，Q为自扩散激活能；△S为熵；△H为自扩散激活焓。 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。 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。 该方程为
3)晶界蠕变理论
晶界对蠕变速率有两种影响：①高温下，晶界能彼此相对滑动，使剪应力 得到松弛；② 晶界本身是位错源，离晶界约为一个障碍物间距内的位错会消失。
说明：
大角度晶界是晶格匹配差的区域，可以认为是晶粒之间的非晶态结构区域。
在高温下，晶界表现为粘滞性
扩散蠕变与晶界蠕变是互动的。如果蠕变由扩散过程产生，为了保持晶粒
晶界上的张应力使空位的浓度增加到 c=c0exp(/kT) 压应力使浓度减少到： c=c0exp(- /kT) 式中： 为空位体积，c0为平衡浓度。
图（2） 扩散蠕变
应力造成空位浓度差，质点由高浓度向低浓度扩散，即原子迁移到平行于压 应力的晶界，导致晶粒伸长，引起形变。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2)晶格机理
晶格机理是由于晶体内部的自扩散而使位错进行攀移。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
1 蠕变现象和蠕变曲线
当温度T≥(0.3~0.5)Tm(Tm为熔点，单位为K)时，金属材料在恒载荷的 持续作用下，发生与时间相关的塑性变形，称为蠕变。 相应的应变与时间关系曲线称为
蠕变曲线。
金属材料的典型蠕变曲线
如图（1）所示。
图（1） 典型蠕变曲线
2 蠕变产生的机理
蠕变理论的基础是晶体缺陷的运动, 各种形式的晶体缺陷的运动都与热活化 控制相关。 针对材料的高温蠕变，提出了解释材料产生蠕变的三种机理，分别为扩散蠕 变机理、晶格机理和晶界滑移机理。
聚在一起，就要求晶界滑动；另一方面，如果蠕变起因于晶界滑动，要求扩散
过程来调整。
1）扩散蠕变机理
该机理认为材料内部的空位浓度差是产生蠕变的主要原因; 并且认为空 位浓度的变化量与材料的外加应力成正比, 同时晶界对空位的消失和产生起 主要作用。 由于位错、晶界等非平衡缺陷的存在，在外界应力的作用下，实际材料
中原子的力化学势场 分布并不均匀相等，从而导致不同区域之间原子扩散流
的产生，材料发生扩散蠕变。
错位线向下移一个滑移面。
位错在垂直滑移面方向的运动称
为位错的攀移运动，见图（3）。
图（3） 位错攀移
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=Anexp(-Q/RT)= Anexp(S /R)exp(- H/RT) 式中，Q为自扩散激活能；△S为熵；△H为自扩散激活焓。 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。 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。 该方程为
3)晶界蠕变理论
晶界对蠕变速率有两种影响：①高温下，晶界能彼此相对滑动，使剪应力 得到松弛；② 晶界本身是位错源，离晶界约为一个障碍物间距内的位错会消失。
说明：
大角度晶界是晶格匹配差的区域，可以认为是晶粒之间的非晶态结构区域。
在高温下，晶界表现为粘滞性
扩散蠕变与晶界蠕变是互动的。如果蠕变由扩散过程产生，为了保持晶粒
晶界上的张应力使空位的浓度增加到 c=c0exp(/kT) 压应力使浓度减少到： c=c0exp(- /kT) 式中： 为空位体积，c0为平衡浓度。
图（2） 扩散蠕变
应力造成空位浓度差，质点由高浓度向低浓度扩散，即原子迁移到平行于压 应力的晶界，导致晶粒伸长，引起形变。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2)晶格机理
晶格机理是由于晶体内部的自扩散而使位错进行攀移。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