蠕变
蠕变试验步骤
蠕变试验步骤全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：蠕变试验是用来研究材料在高温和常温下受力条件下的变形行为的一种实验方法。
这种试验通常用于评估材料的持久性能和设计寿命，对材料的工程应用具有重要的指导意义。
在进行蠕变试验时，需要按照一定的步骤来进行，以确保试验结果的准确性和可靠性。
下面将详细介绍蠕变试验的步骤：第一步：准备样品在进行蠕变试验之前，首先需要准备好要测试的材料样品。
样品的准备应该按照标准化的要求进行，例如确定样品的几何尺寸和形状，确保样品的表面光滑和无损伤。
还需要对样品进行预处理，如去除氧化层、清洁表面等操作。
第二步：确定试验条件在开始蠕变试验之前，需要确定试验的温度、应力和时间等试验条件。
这些条件通常是根据材料的使用环境和需要来确定的。
在确定试验条件时，需要参考相应的标准和规范，以确保试验的可比性和可信度。
第三步：装配试验设备将样品装入蠕变试验设备中，并根据需要设置合适的载荷和温度控制系统。
试验设备通常包括蠕变试验机、加热炉、控温系统等。
在装配试验设备时，需要确保设备的运行正常和稳定。
第四步：开始试验在一切准备工作完成之后，就可以开始进行蠕变试验了。
在试验过程中，需要实时监测试验条件的变化，如样品的变形情况、温度的变化等。
还需要定期检查试验设备的运行情况，确保试验的稳定性和准确性。
第五步：结束试验在试验时间到达后，需要结束试验并将样品从试验设备中取出。
需要对试验数据进行分析和处理，得出试验结果并进行报告。
在结束试验时，还需要对试验设备进行清洁和维护，以确保设备的长期正常运行。
蠕变试验是一种重要的材料性能评价方法，通过上述步骤的进行，可以得到准确可靠的试验结果，并为材料的工程应用提供重要的参考。
希望通过不懈努力，将蠕变试验方法不断完善，为材料科学和工程领域的发展做出贡献。
第二篇示例：蠕变试验是一种用于研究材料在高温下受力引起的变形行为的实验方法，常用于工程材料的性能评价和材料疲劳寿命预测。
蠕变试验步骤
蠕变试验是一种用于研究材料在高温和应力条件下的变形行为的实验方法。
这种试验对于理解材料的稳定性、可靠性以及在长期使用中的性能具有重要意义。
以下是蠕变试验的一般步骤和相关细节。
### **1. 实验准备：**#### a. **选择样品：**选择要进行蠕变试验的材料样品。
这些材料通常是高温环境下需要保持结构稳定性的工程材料，如金属、陶瓷、聚合物等。
#### b. **样品制备：**准备样品并根据需要进行标准化的形状和尺寸。
样品的准备可能涉及切割、磨削和抛光等步骤，以确保试验结果的准确性和可重复性。
### **2. 装载样品：**#### a. **设备调试：**确保蠕变试验设备处于正常工作状态。
包括加热系统、负荷系统和变形测量系统等。
#### b. **样品安装：**将样品安装到试验设备中。
通常，样品被放置在独特设计的加热炉中，以提供高温环境。
### **3. 设定试验参数：**#### a. **温度设置：**设定试验所需的温度范围。
蠕变试验通常在高温环境下进行，因此设备应能够提供所需的高温条件。
#### b. **应力或负荷设置：**设定施加在样品上的应力或负荷。
应力通常以标准单位如兆帕（MPa）表示。
### **4. 开始试验：**#### a. **启动设备：**启动蠕变试验设备，确保设备按照预定参数运行。
#### b. **持续观测：**在试验过程中持续观测样品的形变情况。
这通常通过连接的变形测量系统进行监测。
### **5. 数据采集：**#### a. **时间记录：**记录试验的持续时间。
蠕变试验通常是长期试验，可以进行数小时甚至数天。
#### b. **形变测量：**定期记录样品的形变，包括长度、高度、直径等。
这些变形数据可以用于分析材料的蠕变性能。
### **6. 试验结束：**#### a. **停止设备：**在试验结束时停止试验设备，并确保设备和样品处于安全状态。
#### b. **样品处理：**将样品取出，并进行必要的后续处理。
蠕变分析【精选文档】
4。
4 蠕变分析4.4.1 蠕变理论4.4.1。
1 定义蠕变是率相关材料非线性,即在常荷载作用下，材料连续变形的特性。
相反如果位移固定，反力或应力将随时间而变小，这种特性有时也称为应力松驰，见图4—18a .图4-18 应力松弛和蠕变蠕变的三个阶段如图4-18b所示.在初始蠕变阶段,应变率随时间而减小，这个阶段一般发生在一个相当短的时期。
在第二期蠕变阶段，有一个常应变率，所以应变以常速率发展,在第三期蠕变阶段，应变率迅速增加直到材料失效.由于第三期蠕变阶段所经历的时间很短，材料将失效，所以通常情况下，我们感兴趣的是初始蠕变和第二期蠕变。
ANSYS程序中的蠕变行为用来模拟初始蠕变和第二期蠕变。
蠕变系数可以是应力、应变、温度、时间或其它变量的函数。
在高温应力分析中(如核反应堆等），蠕变分析非常重要。
例如，假设在核反应堆中施加了预荷载，以保证与相邻部件保持接触而不松开。
在高温下过了一段时间后，预荷载将降低（应力松驰),可能使接触部件松开。
对于一些材料如预应力砼，蠕变也可能十分重要。
最重要的是要记住，蠕变是永久变形。
4。
4。
1。
2 理论介绍蠕变方程：我们通过一个方程来模拟蠕变行为,此方程描述了在实验中观测到的主要特征（特别是在一维的拉伸实验中）。
这个方程以蠕应变率的方式表示出来，其形式如下：上式中,A、B、C、D是从实验中得到的材料常数，常数本身也可能是应力，应变，时间或温度的函数，这种形式的方程被称为状态方程。
上式中,当常数D为负值时，蠕应变率随时间下降，材料处于初始蠕变阶段，当D为0时，蠕应变率为常值，材料处于第二期蠕变阶段。
对于2－D或3－D应力状态,使用VON Mises方程计算蠕应变率方程中所使用的标量等效应力和等效应变。
对蠕变方程积分时,我们使用经过修改的总应变，其表达式为:经过修改的等效总应变为：其等效应力由下式算出:其中：G=剪切模量＝等效蠕应变增量由程序给出的某一种公式进行计算，一般为正值，如果在数据表中，则使用的是衰减的蠕应变率而不是常蠕变率，但这个选项一般不被推荐，因为在初始蠕变所产生的应力为主的情况下，它可能会严重的低估蠕变值.如果，程序使用修正的等效蠕应变增量来代替蠕应变增量。
蠕变分析理论
蠕变分析蠕变分析是一种力学分析方法，用于研究材料在长时间持续应力下的变形和破坏规律。
蠕变现象广泛存在于许多工程应用中，例如高温结构、航空发动机、汽轮机叶片、石油化工装置等。
下面我们将详细介绍蠕变分析的理论基础和应用。
蠕变现象是指在应力作用下，材料会随时间的推移而发生不可逆的形变现象。
蠕变分析的目的是通过数学模型和力学方法，描述材料在长时间、高温、大应力等复杂工况下的变形和破坏规律。
常见的蠕变分析模型包括Hunt法、Kachanov-Rabotnov关系、Norton-Bailey法等。
Hunt法是一种简单的蠕变分析模型，它建立在颜色应力理论的基础上。
该理论认为，材料的蠕变变形主要与材料中颜色应力场的分布和演化有关。
因此，可以通过描述颜色应力场的变化来模拟材料的蠕变行为。
Hunt法的主要优点是计算简单快速，但其精度相对较低，只适用于较为简单的蠕变情况。
Kachanov-Rabotnov关系是另一种常用的蠕变分析模型，它利用材料的有效应力和有效应变之间的关系来描述材料蠕变行为。
有效应力表示的是材料中的应力水平，而有效应变则表示的是材料中的应变水平。
两者之间的关系可以通过实验获得。
Kachanov-Rabotnov关系的精度较高，但需要大量的实验数据来确定关系模型。
Norton-Bailey法是一种基于流变学理论的蠕变分析模型，适用于快速蠕变和慢速蠕变两种情况。
它假设材料的蠕变行为类似于流体的流动，材料对应的阻力由材料剪切应力和材料应变率之间的关系描述。
该模型适用范围较广，但计算压力相对较高。
在进行蠕变分析时，需要考虑材料的结构、材料的温度、应力和持续时间等因素。
此外，蠕变现象还可能引起破坏，因此需要考虑材料的破坏特性。
对于实际工程应用，蠕变分析可以用于预测材料的寿命、选择材料和结构设计等方面。
总之，蠕变分析是一种重要的力学分析方法，可用于研究材料在持续应力下的变形和破坏行为。
通过选择适当的分析模型和考虑与实际场景相关的因素，可以预测材料的寿命、优化结构设计等方面，具有重要的理论和实际应用价值。
蠕变
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。
36
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。 由于蠕变断裂主要在晶界上产生，因此，晶界的形态、晶界 上的析出物和杂质偏聚、晶粒大小及晶粒度的均匀性等对蠕 变断裂均会产生很大影响。
41
（一）合金化学成分的影响 位错越过障碍所需的激活能（蠕变激活能）越高的金属，越 难产生蠕变变形。 实验表明：纯金属蠕变激活能大体与其自扩散激活能相近。 因此，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。 这是因为： 在一定温度下，熔点越高，自扩散激活能越大，其自扩散越 慢。 熔点相同，但晶体结构不同，则自扩散激活能越高，扩散越 慢。
700 例如， 110 30MPa
3
表示该合金在700℃、1000h的持久强度为30MPa。 试验时，规定持续时间是以机组的设计寿命为依据的。 例如，对于锅炉、汽轮机等，机组的设计寿命为数万以至数 十万小时，而航空喷气发动机则为一千或几百小时。
23
持久强度： 对于设计在高温运转过程中不考虑变形量大小，而只考虑在 承受给定应力下使用寿命的机件（如锅炉道热蒸气管）是极 其重要的性能指标。
典型的蠕变曲线
12
从a点开始随时间τ增长而产生的应变属于蠕变，abcd曲线 即为蠕变曲线。 蠕变曲线上任一点的斜率，表示该点的蠕变速率。 按照蠕变速率的变化情况，可将蠕变过程分为三个阶段：
典型的蠕变曲线
典型的蠕变曲线蠕变曲线是材料在长时间内受力下的形变规律的一种表现形式。
它反映了材料在恒定应力作用下，随着时间的推移，其变形量逐渐增大的现象。
蠕变曲线具有以下几个特点：1.非线性：蠕变曲线通常呈现出非线性的特点，即应变随时间呈非线性增加。
2.应力恒定：在蠕变过程中，材料所受的应力保持恒定。
3.时效性：蠕变曲线体现了材料在长时间内受力后的变形特性，因此具有明显的时间效应。
蠕变曲线主要由四个部分组成：1.初始蠕变阶段：在此阶段，材料受到应力后，变形速率迅速增加，随着时间的推移，变形速率逐渐减慢。
2.稳定蠕变阶段：在此阶段，材料的变形速率保持相对稳定，变形量持续增加。
3.加速蠕变阶段：随着应力的继续作用，材料变形速率再次加快，直至破裂。
4.破裂阶段：材料在蠕变过程中，当应力达到一定程度时，材料发生破裂，蠕变曲线趋于水平。
蠕变曲线在不同材料中的应用：1.金属材料：金属材料在长时间内受力后，容易出现蠕变现象。
通过分析蠕变曲线，可以了解金属材料的持久强度和稳定性。
2.陶瓷材料：陶瓷材料具有较高的蠕变抗力，但在高温高压环境下，仍需关注其蠕变性能。
3.聚合物材料：聚合物材料在受到应力作用时，容易出现蠕变现象。
通过研究蠕变曲线，可以优化材料的设计和使用。
要分析和解读蠕变曲线，需要关注以下几个方面：1.蠕变曲线的基本形态：观察蠕变曲线，了解材料的蠕变特性。
2.初始蠕变阶段：分析材料在初始阶段的蠕变速率，评估其稳定性。
3.稳定蠕变阶段：研究材料在稳定阶段的蠕变特性，为工程应用提供依据。
4.加速蠕变阶段：关注材料在加速蠕变阶段的变形速率，预测其使用寿命。
5.破裂阶段：分析材料在破裂前的蠕变特性，避免工程事故。
蠕变曲线在工程领域具有广泛的应用，如航空航天、核电站、石油化工等。
通过研究蠕变曲线，可以优化工程设计、提高材料使用寿命、降低事故风险。
蠕变试验曲线
蠕变试验曲线
蠕变试验曲线是一种用于研究材料在长时间持续加载下发生蠕变变形的曲线。
蠕变变形指的是材料在常温下在一定应力下，随着时间的推移而发生的持续变形现象。
蠕变试验曲线通常分为三个阶段：初蠕变阶段、稳态蠕变阶段和加速蠕变阶段。
在初蠕变阶段，材料经历了一个快速的蠕变变形阶段，曲线呈现出一个陡峭的下坡。
稳态蠕变阶段是指材料的蠕变速率逐渐稳定在一个较低的水平，曲线呈现出一个相对平缓的下坡。
加速蠕变阶段是指材料的蠕变速率开始逐渐增加，曲线会再次变得陡峭。
通过分析蠕变试验曲线，可以评估材料的蠕变特性，包括蠕变强度、蠕变速率和蠕变寿命等。
蠕变试验曲线在材料工程领域的应用非常广泛，可以帮助工程师设计更可靠的材料和结构，提高产品的寿命和性能。
蠕变
焊接区热影响区示意图
熔敷金属和热影 响区往往硬化，而在 热影响区和原母材取 交界附近常常发生某 种程度的软化。不同 的金属焊接时，焊接 边界和熔合区及其边 界容易出现组织和材 质方面的缺点。 另外，由于焊接 残余应力的影响，蠕 变特性也有一些变化。
2.2、较高温度或较高应力作用下
蠕变曲线的形状如同上图σ 2，T2所示 Ⅰ减速蠕变（ab段）：该段的蠕变又称β 蠕变 ε = ε 0+ β t1/3 Ⅱ稳态蠕变（bc段）：该段的蠕变又称κ 蠕变 ε = c + κ t Ⅲ加速蠕变（cd段）：该段的蠕变又称γ 蠕变,目前 尚无一致公认的表达式。 将β 蠕变与κ 蠕变相叠加，则得到这两个阶段导 致的总的蠕变应变表达式： ε = ε 0+ β t1/3 + κ t
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。 位错理论可以用下图来简单表示：
施加应力 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
Balance
位错相消
回复（位错易移动）
3.2、对稳态蠕变的理论解释
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。
4.2 持久强度
持久强度：在给定温度T(℃)下，在规定时 间内t(h)内发生蠕变断裂的应力，记做
tT , 1700 30 N / mm2 10
3
一般认为，在给定温度下的持久强度和断裂 寿命有如下关系： t=Aσ –β 其中，A、β 是与试验温度、材料有关的常数。
4.3 持久塑性
晶粒大小 一般地说，在低温下，晶粒小的材料比晶 粒大的材料蠕变强度高；在高温下，晶粒大 的材料蠕变强度高；当温度介于两者之间 时，蠕变强度在某一晶粒度下最小，大于或 者小于这一晶粒度，蠕变强度都将加大。 在低温下，蠕变主要是晶内滑移引起的， 所以晶界多的细晶材料蠕变强度高；但在高 温下，蠕变主要是晶界滑移引起的，所以晶 界少的粗晶材料蠕变强度高。
蠕变应变和总应变
蠕变应变（Creep Strain）是指物质在长时间（很长的时间段）下持续受力时所发生的变形现象。
蠕变应变主要发生在高温、高应力条件下，例如金属、陶瓷、塑料等材料在高温环境下承受恒定或逐渐增加的应力。
在蠕变过程中，材料会逐渐发生塑性变形，而且这种变形具有时间依赖性。
总应变（Total Strain）是指材料在外部作用下发生的总体变形量。
总应变可以分解为弹性应变和塑性应变两个部分。
●弹性应变（Elastic Strain）是指材料在外部加载后发生的可恢复的变形。
当外部加
载移除时，材料会完全回复到原始状态，没有永久性变形。
弹性应变与斯托克斯定
律相符。
●塑性应变（Plastic Strain）是指材料在超过弹性极限的应力条件下发生的不可恢复
性变形。
塑性应变会导致材料的内部结构发生改变，无法通过去除应力来完全恢复
原始形状。
在材料的应力-应变曲线上，弹性应变位于材料的线性阶段，而塑性应变则位于非线性阶段。
总应变等于弹性应变加上塑性应变。
总结起来，蠕变应变是指材料在长时间和高应力条件下的变形现象，而总应变则是材料在外部作用下的总体变形量，包括弹性应变和塑性应变。
高温蠕变的原因
高温蠕变的原因
高温蠕变是指在高温下，金属或合金材料受到持续载荷作用时，逐渐发生形变和变形的现象。
其原因主要包括以下几个方面：
1. 晶格结构变化：在高温下，晶体内的原子和离子运动加剧，晶格结构发生变化，使材料的力学性能发生变化，容易发生蠕变。
2. 位错运动：高温下，位错的运动速度加快，使金属的变形能力增强，从而易于发生蠕变。
3. 组织松弛：高温下，材料的晶粒尺寸增大，晶体间距离增加，导致材料内部的应力分布不均，从而引起组织松弛，从而发生蠕变。
4. 液态金属的流动性：在高温下，金属材料变得更加粘稠，液态金属容易流动，从而导致材料发生蠕变。
总之，高温蠕变的原因是多种多样的，需要我们在材料设计和加工过程中，充分考虑这些因素，以防止材料在高温下发生形变和变形。
- 1 -。
金属材料发生蠕变的要素
金属材料发生蠕变的要素金属材料发生蠕变是一种热力学过程，是在高温下金属材料长时间受到持续的应力作用下产生的变形现象。
蠕变通常发生在高温和高应力条件下，例如在航空领域中的气体涡轮发动机和燃气涡轮中就经常发生蠕变现象。
要素一：高温蠕变只会在高温下发生。
金属的分子结构在高温下会发生分子运动，而这种分子运动会对金属的几何结构和力学性质产生重要影响。
一般来说，金属的蠕变温度为其熔点的一定比例，通常为0.4-0.6倍。
例如，铅的熔点为327.5°C，其蠕变温度为150-193°C。
要素二：高应力高应力是导致蠕变的另一个重要要素。
在高应力的作用下，金属晶粒间的位移开始发生，导致金属内部应力的变化和蠕变的发生。
这两个因素缓慢地改变金属的形状和尺寸。
要素三：时间蠕变是一个时间累积的过程。
一旦应力作用于金属并且高温下持续存在，金属就会面临蠕变风险。
随着时间的推移，蠕变会导致金属的重大损害，甚至可以导致金属零件的失效。
要素四：成分金属材料的成分也是影响蠕变的重要要素。
不同的金属有着不同的固溶度，其蠕变形态也会有所不同。
例如，单个晶体相变金属，如铪和钽，比多晶金属更容易蠕变。
在铜，镍和铁中，还有一些固溶体截面相交，这也使它们变得更加容易蠕变。
总之，蠕变是金属降解的主要原因，对金属材料制造和运行时的安全性、可靠性都会带来不利影响。
因此，深入研究金属材料的蠕变特性和规律，加强蠕变监测与预测工作，对于保障金属材料的安全使用至关重要。
蠕变试验步骤
蠕变试验步骤全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：蠕变试验是一种常用的材料力学性能测试方法，用于评估材料在高温和恶劣环境下的变形行为。
蠕变试验通常用于金属、陶瓷和聚合物等材料的研究和评估，能够帮助工程师和研究人员更好地了解材料在真实工作环境中的性能表现。
蠕变试验是通过施加一定大小的应力和温度条件下持续加载材料一段时间，观察材料在这种条件下的变形行为。
这种试验模拟了材料在高温和高应力环境中的实际工作情况，可以帮助预测材料的长期性能和寿命。
蠕变试验的步骤通常包括以下几个关键环节：1. 样品制备：首先需要准备好符合标准要求的试样，一般为柱状或圆盘状的标准试样。
试样的制备需要严格按照标准规范进行，以确保试验结果的准确性和可比性。
2. 设置试验条件：在进行蠕变试验之前，需要确定试验的应力和温度条件。
通常会根据材料的实际工作情况和要求来确定试验条件，以保证试验结果具有代表性和实用性。
3. 进行试验：将样品放置在试验机中，施加一定大小的应力，并在设定的温度条件下持续加载一段时间。
试验过程中需要实时监测材料的变形情况，并记录试验数据。
4. 数据分析：根据试验结果和数据分析材料的变形行为和性能特点。
可以通过绘制应力-应变曲线、蠕变速率曲线等图表来分析材料的蠕变特性和性能表现。
5. 结果评估：最后根据试验结果对材料的性能进行评估和预测。
可以根据试验数据来研究材料的寿命预测、设计参数优化等工作。
蠕变试验是一种重要的材料性能测试方法，能够帮助工程师和研究人员更好地了解材料在高温和高应力环境下的变形行为和性能，为材料的设计和选型提供重要参考。
希望通过不断的研究和实践，能够进一步完善蠕变试验方法，提高试验数据的准确性和可靠性，为材料科学领域的发展做出更大的贡献。
第二篇示例：蠕变试验是一种用于评估材料在高温、高应力条件下的变形性能的测试方法。
在工程领域中，蠕变试验常用于评价材料的稳定性和持久性能，特别是在航空航天、能源等高温环境下的应用中。
材料的蠕变性能研究及其应用
材料的蠕变性能研究及其应用材料的蠕变性能是指材料在长时间高温和持续应力下可能发生的形变现象。
它在工程设计和材料选择中具有重要的意义。
本文将分析材料的蠕变性能研究，探讨其应用领域，并介绍一些相关的实例。
一、蠕变性能研究1. 影响蠕变的因素材料的蠕变性能受多种因素的影响，包括温度、应力、加载时间和材料的化学成分等。
温度是蠕变的主要驱动力，高温会导致材料晶体结构发生改变，从而引起形变。
应力是指材料所受到的外力，而加载时间则是指在一定的温度和应力下所作用的时间。
2. 蠕变性能的测试方法为了研究材料的蠕变性能，科学家们发展了一系列的测试方法。
其中最常见的方法是蠕变实验，通过在高温下对材料施加恒定的力来观察其变形情况。
此外，还有一些间接的测试方法，如热蠕变微观分析和差热分析等。
3. 提高蠕变抗力的方法考虑到材料在高温和应力环境下可能发生的蠕变，科学家们还提出了一系列的方法来提高材料的蠕变抗力。
例如，通过控制材料的成分和晶体结构来提高其抗蠕变能力。
此外，采用表面涂层和添加合适的合金元素也可以改善材料的蠕变性能。
二、蠕变性能的应用1. 高温材料蠕变性能的研究对于高温材料的选择和改良具有重要的意义。
例如，在航空发动机和核能设备等高温环境中，需要使用能够承受长时间高温和持续应力的材料。
通过研究材料的蠕变性能，可以选择出适合特定环境的高温材料，并进行进一步的改良。
2. 地质工程在地质工程中，蠕变性能的研究也具有重要的应用价值。
例如，在地下隧道的建设过程中，需要选择能够承受地下高温和持续应力的材料，以确保隧道的安全性和稳定性。
通过对材料的蠕变性能进行研究，可以为地质工程提供重要的参考依据。
3. 材料设计材料的蠕变性能也对于材料的设计和开发具有指导意义。
通过研究材料的蠕变行为，可以优化材料的组成和结构，以提高其抗蠕变能力。
在材料开发过程中，这种研究方法可以帮助科学家们选择最合适的材料，并对其进行优化设计。
三、实际应用案例1. 航空发动机航空发动机工作时处于高温高压环境下，材料的蠕变性能对其工作性能和寿命有着重要影响。
蠕变试验标准
蠕变试验标准
蠕变试验标准是一项用于评估材料或构件在高温、高应力环境下的变形性能的测试方法。
这种试验方法可以帮助工程师和科学家了解材料的长期稳定性和可靠性，并在设计和制造高温应用的材料和构件时提供有价值的信息。
蠕变试验通常在恒定的高温和应力条件下进行，持续数小时或数天，以测量材料的蠕变变形和蠕变寿命。
这种测试方法已被广泛应用于开发和优化高温材料、航空航天材料、汽车零部件、石化和核工业等领域的材料和构件。
蠕变试验标准包括许多国家和国际标准，如ASTM、ISO、JIS等，它们规定了测试方法、试样制备、
实验条件和数据分析等方面的要求，为各种材料的蠕变试验提供了明确的指导。
- 1 -。
蠕变的三种形变
蠕变的三种形变蠕变是指固体材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。
蠕变过程主要包含以下三种形变：一、瞬时弹性形变1. 概念- 在施加应力的瞬间，材料会发生弹性形变，这与材料的弹性性质有关。
这种形变符合胡克定律，应力与应变成正比，即σ = Evarepsilon（其中σ为应力，E为弹性模量，varepsilon为应变）。
- 例如，对于金属材料，当施加一个拉力时，原子间的距离会瞬间发生弹性变化，就像拉伸弹簧一样，一旦外力消失，这种形变能够完全恢复。
2. 特点- 发生迅速，在应力施加的同时就产生。
- 形变程度与所施加的应力大小成正比。
- 具有完全可逆性，当应力去除后，材料能够立即恢复到原来的形状和尺寸。
二、粘性流动形变1. 概念- 随着时间的推移，在应力持续作用下，材料内部的原子或分子会像流体一样发生缓慢的相对滑动，这种形变类似于流体的粘性流动。
- 从微观角度来看，对于聚合物材料，链段之间会逐渐发生相对位移。
例如，在高温和长时间应力作用下的沥青，就会表现出明显的粘性流动。
2. 特点- 与时间有关，随着时间的增加，粘性流动形变不断增大。
- 应力与应变速率成正比，符合牛顿粘性定律σ=eta(dvarepsilon)/(dt)（其中eta为粘度）。
- 这种形变是不可逆的，一旦发生了粘性流动形变，即使应力去除，材料也不能恢复到原来的形状。
三、塑性形变（永久形变）1. 概念- 当应力超过材料的屈服强度时，材料会发生不可恢复的永久性形变。
在蠕变过程中，随着时间的增加，材料内部的位错等缺陷不断运动、增殖，导致材料产生塑性变形。
- 例如，金属材料在高温下承受一定应力时，位错会克服晶格阻力而移动，使材料发生形状改变，如金属在高温下被拉伸时，会逐渐变细变长，这种形变在应力去除后不会消失。
2. 特点- 不可逆性，是材料内部结构永久性改变的结果。
- 通常与材料的屈服行为相关，只有当应力达到一定水平才会显著发生。
蠕变基本知识
蠕变蠕变：固体材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。
它与塑性变形不同，塑性变形通常在应力超过弹性极限之后才出现，而蠕变只要应力的作用时间相当长，它在应力小于弹性极限时也能出现。
蠕变定义蠕变（creep）(缓慢变形) （德语名：kriechen）岩石在地质条件下的蠕变可以产生相当大的变形而所需要的应力却不一定很大。
蠕变随时间的延续大致分3个阶段：①初始蠕变或过渡蠕变,应变随时间延续而增加，但增加的速度逐渐减慢；②稳态蠕变或定常蠕变，应变随时间延续而匀速增加，这个阶段较长；③加速蠕变，应变随时间延续而加速增加,直达破裂点。
应力越大，蠕变的总时间越短；应力越小，蠕变的总时间越长。
但是每种材料都有一个最小应力值，应力低于该值时不论经历多长时间也不破裂，或者说蠕变时间无限长，这个应力值称为该材料的长期强度。
岩石的长期强度约为其极限强度的2/3。
蠕变曲线蠕变条件蠕变机制有扩散和滑移两种。
在外力作用下，质点穿过晶体内部空穴扩散而产生的蠕变称为纳巴罗－赫林蠕变；质点沿晶体边界扩散而产生的蠕变称为柯勃尔蠕变。
由晶内滑移或者由位错促进滑移引起的蠕变称为滑移蠕变，也称魏特曼蠕变。
蠕变作用解释了岩石大变形在低应力下可以实现的原因。
蠕变在低温下也会发生，但只有达到一定的温度才能变得显著,称该温度为蠕变温度。
对各种金属材料的蠕变温度约为0.3Tm，Tm为熔化温度，以热力学温度表示。
通常碳素钢超过300-350℃，合金钢在400-450℃以上时才有蠕变行为，对于一些低熔点金属如铅、锡等，在室温下就会发生蠕变。
改善蠕变方法1 改善蠕变可采取的措施有：（1）.高温工作的零件要采用蠕变小的材料制造，如耐热钢等；（2）.对有蠕变的零件进行冷却或隔热；（3）.防止零件向可能损害设备功能或造成拆卸困难的方向蠕变。
铸造砂型（砂芯）起模后的变形叫蠕变。
如：酯固化水玻璃自硬砂砂型（芯）起模后常发生蠕变。
改善蠕变可采取的措施有：尽可能缩短可使用时间；用复合固化剂；砂型强度允许条件下少加水玻璃；适当增加固化剂加入量；鼓热风强制硬化。
《材料的蠕变》课件
陶瓷材料的蠕变特性
01
陶瓷材料在高温环境下也能发生蠕变现象，但其形 变行为与金属材料和高分子材料有所不同。
02
陶瓷材料的蠕变速率通常较低，但在高温和强氧化 环境下容易发生脆性断裂。
03
陶瓷材料的蠕变特性与其晶体结构和显微组织有关 ，晶粒越小、晶界越多，蠕变速率越低。
04
蠕变现象的物理机制
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
蠕变现象的发现
蠕变现象的早期观察
早在古希腊时期，人们就注意到材料在长时间受力的过程中会发 生缓慢的形变。
科学研究的进展
随着工业革命的发展，材料在高温、高压等极端环境下的蠕变行为 引起了科学家的关注。
现代研究与应用
现代材料科学和工程领域对蠕变现象进行了深入研究，广泛应用于 石油、化工、航空航天等领域。ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
地热能领域
地热发电站利用地下热能产生电力。 在地热发电站中，高温环境下的管道 和设备材料会发生蠕变，影响发电效 率和设备寿命。
在交通运输领域的应用
航空航天领域
飞机和火箭发动机在高温环境下工作，发动机材料如高温合金会经历蠕变。蠕 变性能对发动机的性能和安全性有重要影响。
汽车领域
在高温环境下，汽车发动机和变速器中的金属材料会发生蠕变，这会影响汽车 的性能和寿命。了解材料的蠕变性能有助于优化汽车设计和提高其可靠性。
蠕变能力。
热处理
通过控制金属材料的热处理过程 ，调整其内部结构，提高抗蠕变 性能。例如，对钢铁进行淬火、 回火等处理，可以提高其抗蠕变
性能。
形变强化
通过冷加工等方式使金属材料产 生形变，增加其内部的位错密度
，从而提高抗蠕变性能。
抗蠕变的方法范文
抗蠕变的方法范文蠕变是材料在高温和恶劣环境下受力而引起的塑性变形现象。
在工程实践中，蠕变对材料的稳定性和寿命产生了严重影响。
为了抵御蠕变的发生，我们可以采取以下方法：1.降低工作温度：蠕变现象主要发生在高温下，因此降低工作温度是抵御蠕变的最有效方法之一、通过降低工作温度，可以减缓材料的塑性变形速率，从而延长材料的使用寿命。
2.选择高温强度较高的材料：不同材料的抵抗蠕变能力是有差异的。
在工程实践中，我们应当选择那些在高温下具有较高强度的材料。
例如，镍基合金和钢铁合金在高温下的强度和抗蠕变性能较好。
3.控制应力和加载速率：蠕变的发生与所受应力和加载速率密切相关。
如果应力过大或加载速率过快，会导致材料的塑性变形速率增加，从而加速蠕变的发生。
因此，控制应力和加载速率是抵御蠕变的重要手段之一4.表面涂层和保护：对于需要在高温环境下工作的结构或设备，可以通过表面涂层和保护来提高其抗蠕变性能。
例如，采用耐高温涂料进行表面涂层，可以有效减少材料的塑性变形。
5.进行周期性热处理：周期性热处理是一种提高材料稳定性和延长使用寿命的方法。
通过适当的热处理工艺，可以调整和改善材料的微观结构和组织，提高其抗蠕变性能。
6.使用蠕变抗性较好的材料：为了进一步提高材料的抗蠕变性能，科学家和工程师们不断开发新型材料。
这些新材料具有更高的抗蠕变能力和稳定性，可以用于制造需要长期在高温环境下工作的结构和设备。
7.设计合理的结构和组织：合理的结构设计和组织布局也是抵御蠕变的关键。
通过合理优化工程结构和材料组织，可以降低应力集中程度，减少材料的塑性变形，从而延长使用寿命。
总结起来，抵御蠕变的方法包括降低工作温度、选择高温强度较好的材料、控制应力和加载速率、进行表面涂层和保护、进行周期性热处理、使用蠕变抗性较好的材料和设计合理的结构和组织。
这些方法可以相互结合，并针对具体的蠕变问题进行综合应用，以提高材料的稳定性和寿命。
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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。
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
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。
Hale Waihona Puke 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
蠕变的现 象与定义
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。
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。
疲劳的 特点
蠕变与 疲劳
蠕变与疲劳
8 1 1 0
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。
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
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）。
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
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。
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
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