应力松弛知识

，%/小时）。
B. 在给定温度（T）下和在规定的试验时间（t，小 时）内，使试样产生一定蠕变变形量（δ，%）的应
力值，以符号 σδ/ t
T MN/m2 表示。
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二 、持久强度
变形抗力与断裂抗力是两种不同的性能指标 蠕变极限表征了金属材料在高温长期载荷作用下对 塑性变形的抗力。
对于高温材料还必须测定其在高温长期载荷作用下 抵抗断裂的能力，即持久强度。
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p200
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第一节 金属的蠕变与蠕变断裂
一、 蠕变现象 金属：T>0.3-0.4Tm ;陶瓷： T>0.4-0.5Tm； 高分子材料T>Tg
金属在长时间的恒温、恒应力作用下，即使应力小于
屈服强度，也会缓慢地产生塑性变形的现象称为蠕变。
由于这种变形而最后导致材料的断裂称为蠕变断裂。
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三 金属高温力学性能指标 ——蠕变极限与持久强度
（一）蠕变极限
为保证在高温长期载荷作用下的机件不致产生过 量变形，要金属材料具有一定的蠕变极限。
蠕变极限是高温长期载荷作用下材料对塑性变形 抗力的指标。和常温下的屈服强度σ0.2相似。
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蠕变极限一般有两种表示方法：
A. 在给定(T)下，使试样产生规定蠕变速度的应力值 ，以符号σET MN/m2 表示（其E为第二阶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。
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熔点愈高的金属自扩散愈慢 层错能降低易形成扩展位错 弥散相能强烈阻碍位错的滑移与攀移
（二）冶炼工艺的影响
（三）热处理工艺的影响
回火温度应高于使用温度100~150℃以上，以 提高其在使用温度下的组织稳定性。
第十章 金属高温机械性能
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在高压蒸汽锅炉、汽轮机、燃气轮机、柴油机 、化工炼油设备以及航空发动机中，很多机件 是长期在高温条件下运转的。 1.温度对金属材料的机械性能影响很大。 2.温度和时间还影响金属材料的断裂形式。
当机件在TE以上工作时，金属的为裂纹由穿晶断裂 过渡到晶间断裂。 金属材料的等强温度 变形速度对它有较大的影响
（四）晶粒度的影响
晶粒大小对金属材料高温性能的影响很大。
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四 、应力松弛稳定性
高温下工作的紧固件常出现上紧的螺栓使用一段 时间后松弛了的现象。 应力随时间增加不断下降的现象叫做应力松弛。
五、聚合物的粘弹性与蠕变
1.温度对聚合物力学性能的影响
非晶聚合物随温度变化 可出现三种力学状态： 即玻璃态、高弹态和粘 流态，见图示。
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2．裂纹成核分散于晶界上，在较低应力和较高温度下 ，蠕变裂纹常分散在晶界各处，特别易产生在垂直于拉 应力方向的晶界上。
这种裂纹成核的过程为：首先由于晶界滑动在晶界的台阶（如经二相质点 或滑移带的交截）处受阻而形成空洞。然后由于位错运动产生的大量空位， 为了减少其表面能而向拉伸应力作用的晶界上迁移，当晶界上有空洞时，空 洞便吸收空位而长大，形成裂纹
金属材料的持久强度，是在给定温度（T）下和 规定的持续时间（t）内发生断裂的应力值，以 σtT MN/m2 表示。
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三、 影响蠕变极限及持久强度的主要因素
由蠕变断裂机理可知 要降低蠕变速度提高蠕变极限，必须控制位错攀移的 速度； 要提高断裂抗力，即提高持久强度，必须抑制晶界的 滑动，也就是说要控制晶内和晶界的扩散过程。
位错虽可通过攀移形成亚晶而产生回复软化，但
位错攀移的驱动力来自晶格畸变能的降低。在蠕 变初期由于晶格畸变能较小，所以回复软化过程 不太明显。
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蠕变第二阶段，晶内变形以位错滑移和攀移方式交替
进行，晶界变形以滑动和迁移方式交替进行。晶内滑移
和晶界滑动使金属强化，但位错攀移和晶界迁移则使金 属软化。由于强化和软化的交替作用，当达到平衡时， 就使蠕变速度保持恒定。
蠕变发展到第三阶段，由于裂纹迅速扩展，蠕变速
度加快。当裂纹达到临界尺寸便产生蠕变断裂。
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（二）蠕变断裂机理
蠕变断裂主要是沿晶断裂 。在裂纹成核和扩展过程 中，晶界滑动引起的应力 集中与空位的扩散起着重 要作用。由于应力和温度 的不同，裂纹成核有两种 类型。 1．裂纹成核于三晶粒交 会处，在高应力和较低温 度下，在晶粒交会处由于 晶界滑动造成应力集中而 产生裂纹。
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2.聚合物的力学松弛—粘弹性
(1)蠕变
蠕变是指在一定的温度和较小的恒定外力作用
下，材料的形变随时间的增加而逐渐增大的现 象。 (2)应力松弛
应力松弛是指在恒定温度和形变保持不变，聚合
物内部的应力随时间增加而逐渐衰减的现象。
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本章完
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在高温蠕变条件下，由于晶界强度降低，其变形量就 大，有时甚至占总蠕变变形量的一半，这是蠕变变形 的特点之一。
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根据位错理论及蠕变变形方式对高温蠕变过程作简要说明。
蠕变第一阶段以晶内滑移和晶界滑动方式产生
变形。位错刚开始运动时，障碍较少，蠕变速度
较快。随后位错逐渐塞积、位错密度逐渐增大， 晶格畸变不断增加，造成形变强化。在高温下，
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金属的蠕变过程 可用蠕变曲线来 描述。
d dt

蠕变曲线上任一点的斜率，表示该点的蠕变速度。 蠕变过程分成三个阶段。
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第一阶段ab是减速蠕变阶段。这一阶段开始的蠕变 速度很大，随着时间延长，蠕变速度逐淅减小，到b点 蠕变速度达到最小值。 第二阶段bc是恒速蠕变阶段。这一阶段的特点是蠕 变速度几乎保持不变，因而通常又称为稳态蠕变阶段 。一般所反映的蠕变速度，就是以这一阶段的变形速 度ε表示的。 第三阶段cd是加速蠕变阶段，随着时间的延长，蠕 变速度逐渐增大，直至d点产生蠕变断裂。
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二 蠕变过程中变形与断裂机理
（一）蠕变变形机理

蠕变变形是通过位错滑移、位错攀移等方式实现的。
在常温下，若滑移面上位错运动受阻，产生塞积现象，
滑移便不能进行。

在高温蠕变条件下，由于热激活，就有可能使滑移面
上塞积的位错进行攀移，形成小角度亚晶界（此即高 温回复阶段的多边化），从而导致金属材料的软化， 使滑移继续进行。