材料的蠕变

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例如：
500 1105
80MPa
表示在 500℃的条件下，第二阶段的稳态蠕 变速率＝ 1 10－5 ％／h 的应力值为 80 MPa。
即：蠕变极限＝80 MPa
在高温下长期服役的构件，如在汽轮机、电站锅炉 的设计中，常把蠕变速率＝1 10－5％／h的应力定 义为蠕变极限，作为选材和机件设计的依据。
即：蠕变极限＝100 MPa
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蠕变极限测试：
对于按稳态蠕变速率定义的蠕变极限， 其测定程序为：
在同一温度、不同应力下迸行蠕变实验， 测出不少于 4 条的蠕变曲线；
求出各应力下蠕变曲线第二阶段直线部 分的斜率，即为相应的稳ห้องสมุดไป่ตู้蠕变速率；
稳态蠕变速率=规定的稳态蠕变速率所对 应的应力值即为蠕变极限。
• 第Ⅱ阶段：BC段，恒速蠕变阶段(稳态蠕变阶段)。 特点是蠕变速率几乎不变。一般可以表示为材料 的蠕变速率。
• 第Ⅲ阶段：CD段，加速蠕变阶段(失稳蠕变阶段)， 随着时间的延长，蠕变速率逐渐增大，到D点发生 蠕变断裂。
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蠕变时应变与时间的关系：
＝ 0＋ f(t) + Dt + (t)
例：很多金属材料在高温短时拉伸试验时，塑性 变形的机制是晶内滑移，从而发生穿晶的韧性断 裂。而在应力的长时间作用下，即使应力不超过 屈服强度，也会发生晶界滑动，导致沿晶的脆性 断裂。进而使高温下金属的强度随时间延长而降 低。
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温度的高低：相对于材料熔点而言。
一般地：
高温：T／Tm > 0.3 ～ 0.4 低温：T／Tm < 0.3
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8.1.3 应力和温度对蠕变曲线的影响
• 不同材料在不同条件下的蠕变曲线是不同的，同一 种材料的蠕变曲线也随应力和温度的变化而不同。
σ↑
T↑
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8.2 蠕变极限与持久强度
8.2.1 蠕变极限
高温服役的构件在其服役期内，不允许产生 过量的蠕变变形，否则将引起构件的早期失效。 因此，为保证高温长期载荷作用下的构件不致产 生过量变形，要求材料须具有一定的蠕变极限。
陶瓷材料：
• 常温下脆性断裂；而在高温，借助于外力和热激活作用，
变形的一些障碍得以克服，材料内部质点发生不可逆的
微观位移，陶瓷也能变为半塑性材料。
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时间也是影响材料高温力学性能的重要因素。
常温(RT)：时间对材料的力学性能几乎没有影响 （普通环境）。
高温(HT)：力学性能表现出时间效应。
• 不同的材料，出现明显蠕变的温度不同。例
如：碳钢超过300℃、合金钢超过400℃就
出现蠕变效应，而高熔点的陶瓷材料在
1100℃以上也不发生明显蠕变。
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8.1.2 典型的蠕变曲线
减速蠕变
恒速蠕变
加速蠕变
蠕变 断裂
瞬时应变
蠕变速率
恒温、恒应力条件
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• 第 I 阶段：AB段，减速蠕变阶段(过渡蠕变阶段)。 开始的蠕变速率很大，随着时间的延长，蠕变速 率逐渐减小，到B点，蠕变速率达到最小值；
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同一温度下，蠕变速率 . 与外加应力 之间存在下列经验关系：
An
0 ：瞬时应变； f(t)：减速蠕变； Dt ：恒速蠕变；
(t)：加速蠕变。
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常用的蠕变与时间的关系：
0tnkt
瞬时应变 减速蠕变 恒速蠕变
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蠕变应变速率与时间的关系:
d
dt
ntn1k
n 为小于1的正数； t 很小时，应变速率随t↑逐渐减小-----第一阶段； t 增大时，应变速率随t↑接近恒定值-----第二阶段。
8.1.1 蠕变现象
• 蠕变（Creep）：
材料在长时间的恒温、恒应力作用 下缓慢地产生塑性变形的现象。
• 蠕变断裂：由于蠕变变形而最后导致的 材料断裂。
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蠕变的温度
• 在应力作用下，蠕变可以发生在任何温度。
• 低温时，蠕变效应不明显，可以不考虑。
• T>0.3Tm时，蠕变效应比较显著，此时需要 考虑蠕变的影响。因此，工程上把T≥0.3Tm 的温度确定为明显蠕变的温度。
制约上述发展的重要因素。
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温度对材料的力学性能影响很大，而且不同材料的力 学性能随温度变化的规律不同。
金属材料：随着 温度 T 的升高----
• 强度极限逐渐降低。
• 断裂方式由穿晶断裂逐渐向沿晶断裂过渡。
• 常温下可用来强化材料的手段，如加工硬化、固溶强化 及沉淀强化等，强化效果逐渐削弱甚至消失。
T ：试验温度， Tm：材料熔点，(K)
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部分金属熔点与高温的含义
Tm • Pb ： 327.4℃ • Mg ： 650℃ • Cu ： 1083℃ • Fe ： 1536℃ • W ： 3410℃
TL 20℃
20℃ 160℃ 341℃ 1091℃
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8.1 蠕变现象和蠕变曲线
第8章 材料的蠕变
在航空航天、能源化工等工业领域，许多 构件是在高温下长期服役的，如发动机、锅炉、 炼油设备等，它们对材料的高温力学性能提出 了很高的要求．正确地评价材料、合理地使用 材料、研究新的耐高温材料，成为上述工业发 展和材料科学研究的重要任务之一。
以航空发动机为例，目前正朝着推力大、 耗能低、推重比高和使用寿命长的方向发展。 这就要求提高压气机增压比和涡轮前的进口温 度等措施来实现，需采用良好高温性能的材料 制造涡轮盘、叶片等构件。很明显，材料的是
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2）在给定温度和时间的条件下，使 试样产生规定的蠕变应变量的最大应 力定义为蠕变极限。
记作：
T /t
MPa
T：表示实验温度（℃） ／t：表示在给定的时间 t (h)内产生的蠕变 应变为（%）。
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例如：
600 1/105
10M 0 Pa
表示在 600℃，10万小时后，蠕变应变量＝ 1％ 的应力值为 100 MPa。
蠕变极限：反映长期载荷作用下的材料对高温蠕 变变形的抗力。它是选用高温材料、设计高温下 服役机件的主要依据之一。
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蠕变极限的两种表示方法：
1） 在给定温度下，使试样在蠕变第二阶段产生规 定稳态蠕变速率的最大应力定义为蠕变极限。 记作：
(MPa) T：温度（℃）； T
：第二阶段的稳态蠕变速率（％／h）。