蠕变

蠕变与疲劳
蠕变的现 象与定义
蠕变形 成与断 裂机理
疲劳的 现象
1、减速蠕变阶段 位错在应力和热运动的影响下，一部分位 错超越障碍而移动。即认为从容易的开始，逐次通 过障碍，最后所有的位错都能移动，由于能够移动 的位错量减少了，所以蠕变速度就减小了。
2、恒速蠕变阶段 目前比较公认的是以位错理论对蠕变做出的 解释，但目前仍然停留在定性阶段。
蠕变与 疲劳
蠕变与疲劳
蠕变的现 象与定义
蠕变形 成与断 裂机理
疲劳的 现象
蠕变的断裂机理： 1、在三晶粒交会处形成的楔形裂纹 2、在晶界上由空洞形成的晶界裂纹
1、晶界滑动机制 中等蠕变温度和较高应力水平。 2、空位聚集机制 较高温度和较低应力水平。
疲劳的 特点
蠕变与 疲劳
蠕变与疲劳
蠕变的现 象与定义
蠕变与疲劳
蠕变的现 象与定义
蠕变形 成与断 裂机理
疲劳的 现象
疲劳的 特点
疲劳的特点 在变动载荷作用下，材料薄弱区域， 逐渐发生损伤，损伤累积到一定程度→产生 裂纹，裂纹不断扩展→失稳断裂。 特点：从局部区域开始的损伤，不断累积， 最终引起整体破坏。 1、潜藏的突发性破坏，脆性断裂（即使是 塑性材料）。 2、属低应力循环延时断裂（滞后断裂）。 3、对缺陷十分敏感（可加速疲劳进程）。
基本现象 微小滑移 滑移
理论上主要因素 位错移动 集团的移动
发生条件 单晶体 纯金属
蠕变形 成与断 裂机理
疲劳的 现象
回复(多边化) 位错再排列引起亚晶粒形成 晶界阻碍 位错受阻 多晶体 纯金属
晶界滑移
疲劳的 特点
晶界的非晶质滑移;多边化
固溶硬化
Cottrell效应;堆剁层错效应; 固溶合金 有序晶格硬化等
蠕变形 成与断 裂机理
疲劳的 现象
当这种加工硬化与回复成平衡状态时就是稳态 蠕变。所以实际上蠕变的位错理论可以总结为是加 工硬化产生的位错增殖与回复的竞争过程。
疲劳的 特点
3、加速蠕变阶段 一般认为，加速蠕变段的原因有两个：一 是晶界的应力集中引起的微小裂纹；另一个是点 阵缺陷在晶界处析出，在这里产生空位。此外， 还需考虑试样本身出现的颈缩。这些加在实际应 力上，就导致了蠕变速度越来越快。
蠕变与疲劳
蠕变的现 象与定义
变动应力：变动载荷在单位面积上的平均值。 分为：规则周期变动应力和无规则随机变动应力
蠕变形 成与断 裂机理
疲劳的 现象
疲劳的 特点
蠕变与 疲劳
蠕变与疲劳
蠕变的现 象与定义
蠕变形 成与断 裂机理
疲劳的 现象
疲劳的 特点
蠕变与 疲劳
循环载荷（应力）的表征 ①最大循环应力：σmax ②最小循环应力：σmin ③平均应力： σm=（σmax + σmin）/2 ④应力幅σa或应力范围 Δσ ： Δσ =σmax- σmin σa=Δσ/2=（σmax- σmin）/2 ⑤应力比（或称循环应力特征系 数）： r= σmin/σmax
疲劳的 特点
2.1 位错理论可以用下图来简单表示：
蠕变与 疲劳
蠕变与疲劳
蠕变的现 象与定义
施加应力
蠕变形 成与断 裂机理
疲劳的 现象
各晶粒内出现位错增殖
晶内加工硬 化（低温时）
温度升高
热振动、原子扩散加剧
疲劳的 特点
Balance
位错相消
回复（位错易移动）
蠕变与 疲劳
蠕变与疲劳
蠕变的现 象与定义
晶界滑动机制（V型裂纹形成）
蠕变形 成与断 裂机理
疲劳的 现象
疲劳的 特点
蠕变与 疲劳
蠕变与疲劳
空位聚集机制（O型裂纹形成）
蠕变的现 象与定义
蠕变形 成与断 裂机理
疲劳的 现象
疲劳的 特点
蠕变与 疲劳
蠕变与疲劳
蠕变的现 象与定义
疲劳现象： 金属机件或构件在变动载荷和应变的长期作用下， 由于累积损伤而引起的断裂现象称为疲劳。
疲劳的 特点
蠕变与 疲劳
蠕变与疲劳
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加油！
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疲劳的 现象
疲劳的 特点
蠕变与 疲劳
典型蠕变曲线
蠕变与疲劳
蠕变的现 象与定义
蠕变曲线：在一定温 度和应力作用下，应 变与时间的关系曲线。
蠕变形 成与断 裂机理
典型蠕变曲线分为三 个阶段：减速蠕变、 恒速蠕变和加速蠕变。
同一材料的蠕变曲线随应力的大小和温度的高低 而不同。 为了验证这一观点，我们分别对恒定温度下改 变应力与恒定应力下改变温度做蠕变曲线。
疲劳的 现象
疲劳的 特点
蠕变与 疲劳
蠕变与疲劳
蠕变的现 象与定义
蠕变形 成与断 裂机理
疲劳的 现象
(a)给定温度,不同应力下的
蠕变曲线
(b)给定应力,不同温度下的
蠕变曲线
疲劳的 特点
由这两张图可知：应力的大小和温度的高低 会对金属材料的蠕变产生影响。
蠕变与 疲劳
蠕变与疲劳 蠕变现象的基本性质
蠕变的现 象与定义
蠕变
疲劳
蠕变与疲劳
蠕变的现 象与定义
蠕变形 成与断 裂机理
疲劳的 现象
疲劳的 特点
蠕变与 疲劳
ຫໍສະໝຸດ Baidu蠕变变形
蠕变断裂
蠕变与疲劳
蠕变的现 象与定义
蠕变形 成与断 裂机理
蠕变是高温下金属力学行为的一个重要 特点。就是金属在长时间的恒温、恒载荷 （保持应力不变）作用下缓慢的产生塑性变 形的现象。而后导致金属材料断裂。
蠕变与 疲劳
时效硬化, 析出硬化
奥罗万硬化 费希尔-哈特-普赖硬化
多相合金
蠕变与疲劳
蠕变的现 象与定义
蠕变形 成与断 裂机理
疲劳的 现象
蠕变的形成机理： 1、位错滑移蠕变 2、扩散蠕变 3、晶界滑动蠕变
现在我们从蠕变的三个阶段来分析它的形成机理。
疲劳的 特点
蠕变与 疲劳
1、减速蠕变阶段 2、恒速（稳速）蠕变阶段 3、加速蠕变阶段
蠕变与 疲劳
蠕变与疲劳
蠕变的现 象与定义
蠕变形 成与断 裂机理
疲劳的 现象
σ
疲劳的表征—疲劳寿命 疲劳寿命：材料疲劳失效前的工作时间， 即循环次数N。
σ -1 0
疲劳曲线: 应力б↑，N↓
疲劳的 特点
N
蠕变与 疲劳
蠕变与疲劳
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蠕变形 成与断 裂机理
疲劳的 现象
疲劳断口的宏观特征 疲劳断口分析是研究疲劳过程，分析 疲劳失效原因的重要方法。典型疲劳断口 具有3个特征区：疲劳源、疲劳裂纹扩展区 、瞬断区。
疲劳的 特点
蠕变与 疲劳
蠕变与疲劳
蠕变的现 象与定义
蠕变形 成与断 裂机理
疲劳的 现象
蠕变与疲劳的不同之处： 蠕变所施加的应力是恒力，需要较大的应力 才能使材料断裂； 疲劳所施加的应力是周期性变化的，在较低 的应力下即可使材料断裂。
蠕变与疲劳的相同之处： 二者都会对材料产生不可逆转的伤害， 甚至造成安全事故。
变动载荷：指大小或方向随着时间变化的载荷。 疲劳的分类 弯曲疲劳 扭转疲劳 1、按应力状态 拉压疲劳 接触疲劳 复合疲劳 2、按应力大小和断裂寿命 高周疲劳→低应力疲劳 N>105，б<бs 低周疲劳→高应力疲劳 N=102～105，б≥бs
蠕变形 成与断 裂机理
疲劳的 现象
疲劳的 特点
蠕变与 疲劳
1.疲劳源。有点源、线源等分别，多远合并往 往形成台阶。 2.疲劳扩展区。这是疲劳断口的主体部分。不 同的起源、受力情况，会形成不同的形貌，据 此能够推断零件的受力过程。就像一个记录仪， 完整的记录零件的断裂过程，这是我们分析的 重要部分。疲劳扩展区往往较光滑，并有疲劳 弧线存在。 3.瞬断区。这是零件最后断裂的部位。其断裂 形貌与一次性断裂相同。其面积对应着着最后 断裂时的断裂强度。