材料性能_ 材料的高温蠕变性能_9-1高温蠕变_

② 在第Ⅱ阶段，变形硬化的不断发展，促进了动态 回复的发生，材料不断软化，当变形硬化速率＝回 复软化速率时，蠕变速率为一常数，即为恒速蠕变 阶段。
刃型位错攀移克服障碍的几种模型
① 由于温度的升高，原子和空位热激活能增加，位错可 以克服某些障碍得以运动，继续产生塑性变形
② 由于塞积位错数量减少，对位错源的反作用力减少， 位错源可以重新开动，位错得以增殖，产生蠕变变形
低温大应力下，变形不能协调 c.当应力集中达到晶界的结合强度 时，发生开裂，形成楔形空洞
楔形空洞形成示意图
② 空位聚集形成晶界裂纹（高温低应力）
a.在垂直于拉应力的晶界，当 应力水平超过临界值时，通 过空位聚集的方式萌生空洞
b.在应力作用下，空位由晶内 和沿晶界继续向空洞处扩散
c.使空洞长大并互相连接形成 裂纹。
应力较低时，温度越高且晶粒度越小时，晶界滑 动对蠕变的作用越大。
晶界运动的两种方式：
晶界的滑动是由晶粒的纯弹性畸变和空位的定向 扩散引起，主要是空位的定向扩散引起。
晶界沿着法线方向迁移。
因此，对于高温蠕变来说，随着晶粒直径的增 加，蠕变速率减小。当晶粒尺寸足够大以致于晶界 滑动对总变形量贡献小到可以忽略，蠕变将不依赖 于晶界滑动。
高温长时应力作用下：蠕变、 应力松弛、持 久断裂、氧化和腐蚀及热疲劳损坏等一系列 高温失效现象。
蠕变：材料在一定温度和恒应力作用下，随时间的 增加发生缓慢塑性变形的现象 ，这种现象导致的 材料断裂称为蠕变断裂。
发生蠕变的温度可以是低温下，也可以是高温下， 但只有在约比温度高于0.3时才较显著，所以通常 又叫做高温蠕变。 约比温度（T/Tm） T—试验温度，Tm—材料熔点
3、蠕变断裂机理
一般在高温低应力下，晶内及晶界的强度都降 低，但晶界下降的快，因此蠕变断裂一般都是沿晶 蠕变断裂。
晶界裂纹形成有两种方式： 晶界交汇处形成楔 形裂纹、空位聚集形成晶界裂纹。

① 晶界交汇处形成楔形裂纹（低温大应力）
a.在蠕变温度下，持续的恒载导致 位于最大切应力方向的晶界滑动
b.在三晶粒交界处形成应力集中
9-1 高温蠕变
在工业应用中，很多机件长期在高温条件 下服役。
例如，航空发动机叶片（镍基单晶）的使用温 度高达1000℃以上，汽轮机转子（Cr-Mo-V钢） 使用温度约为550 ℃等。
高温对金属材料的力学性能影响很大，例如， 20钢在450 ℃时抗拉强度为330 MPa，在此 温度下持续工作300 h，能承受的最大应力仅 为230 MPa。
空位聚集形成空 洞示意图
4 蠕变断口形貌
在断口附近产生塑形变 形，在变形区附近有许 多裂纹，使断裂机件表 面出现龟裂现象；
由于高温氧化，微观断 口特征主要是冰糖状花 样的沿晶断裂形貌。
（2）扩散蠕变机理
在高温、低应力情况下，蠕变变形机理 主要表现为以原子或空位作定向移动的扩散 蠕变。
扩散蠕变的结果：晶粒沿拉伸 方向伸长，垂直方向收缩。
扩散蠕变机理示意图 原子扩散方向 空位扩散方向
（3）晶界运动蠕变机理
温度较高时，晶界在外力作用下，发生相对滑 动变形。
在高温时，晶界上的原子和空位容易扩散，所以 晶界容易产生滑动。
当T/Tm＞0.4-0.5时为高温，反之为低温
1.蠕变曲线
蠕变曲线是材料在一定
温度和应力作用下，伸长率
随时间而变化的曲线。
OA线：施加载荷后，试样
产生瞬时应变ε0
ABCD曲线—蠕变曲线
蠕变速率
ε = dε
dt
金属、陶瓷的蠕变曲线
第Ⅰ阶段:减速蠕变阶段， 开始的蠕变速率很大，随 着时间的延长，蠕变速率 降低，在B点，蠕变速率 达到最小值 （又称过渡 蠕变阶段）。
第Ⅱ阶段:恒速蠕变阶段，蠕变速率不变，表示材料 的蠕变速率为常数（又称稳态蠕变阶段）。 第Ⅲ阶段:加速蠕变阶段，蠕变速率↑，D点发生蠕 变断裂。
温度、应力对蠕变曲线的影响
（a）等温曲线（σ4﹥σ3﹥σ2 ﹥σ1） （b）等应力曲线（T4 ﹥T3 ﹥T2 ﹥T1）
2、蠕变变形机理
（1）位错滑移蠕变机理
常温下，若滑移面上的位错运动受阻产生塞积时， 滑移不能进行，只有在更大外力作用下位错才能 继续运动。
高温下，与此不同，当位错受到阻碍时，可借助 于外界提供的热激活能来克服短程障碍，使变形 继续进行。
① 在蠕变第Ⅰ阶段，由于蠕变变形逐渐产生硬化， 使位错源开动的阻力和位错滑动的阻力逐渐增大， 致使蠕变速率不断降低，形成减速蠕变阶段。