材料性能学 第七章

时间t
2020年8月3日星期一
第 三、蠕变机理 七 1.蠕变变形机理
章
材 ① 位错滑移蠕变机理 料 一定应力下，位错滑移→塑性变形→位错塞积， 的 运动受阻，在高温下，热激活作用使得位错突破阻力 高 滑移，继续产生塑性变形。
温 力 学 性 能
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第 ② 扩散蠕变机理
七
章 较高温度下，原子、空位发生热激活扩散，外力作用 材 下，定向扩散，从而引起晶粒沿拉伸方向伸长→晶体 料 产生蠕变。
力 学 性 能
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第 七 章 材 料 的 高 温 力 学 性 能
材
料
什么是高温？
的
高
温 约比温度T/Tm
力
学 性
当T/Tm>0.4～0.5时为高温，反之为低温。
能
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第
第一节 高温蠕变性能
七
章 一、蠕变的概念
材
料
材料在长时间的恒温、恒载荷作用下，缓慢产生塑 性变形的现象，称为蠕变。
的
高 二、蠕变的一般规律
温
力 低温下，蠕变效应不明显，可以不考虑；当约比温 学 度大于0.3时，蠕变效应比较显著，必须考虑其影响。
高 空位沿晶界不断向空洞处扩散的方式完成的，而
温 晶界的迁移能够终止空位沿晶界扩散，结果蠕变
力 断裂以类似于颈缩的方式进行，即试样被拉断。
学
性
能
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第 金属材料蠕变断裂断口的宏观特征
七
章 一是在断口附近产 材 生塑性变形，在变 料 形区域附近有很多
的
高 裂纹，使断裂机件 温 表面出现龟裂现象.
C
D
温
B
力
学
性
A
能
应变滞后
时间t
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第 第一阶段：AB段，为可逆性变阶段，是普通的弹性 七 变形。σ=Eε
章
材
料
应变
的 高
C
D
温
B
力
学
性
A
能
应变滞后
时间t
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第 第二阶段：BC段，为推迟的弹性变形阶段，即高 七 弹性变形发展阶段。
章
材
料
应变
的 高
C
D
温
B
力
性
能
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第
1、蠕变过程（蠕变曲线）
七
金属、陶瓷材料的典型蠕变曲线如图：
章 材
应I
II
III D
料
变
的
ε
C
高
B
ε = d ε /dt
温
A
力
ε0
学
0
性
时间 t
能
按蠕变速率的不同，将蠕变过程分为三个阶段
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第 第一阶段：AB段，称为减速蠕变阶段或过渡蠕变阶段。
七
的
高 （2）当应力较大或温度较高时，在高温或高应力 温 下，材料的蠕变没有第一阶段，蠕变第二阶段缩短， 力 甚至没有第二阶段，只有第三阶段。
学 性 能
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第 3、高分子材料的蠕变曲线
七 高分子材料的粘弹性，决定了其与金属、陶瓷材料 章 不同的蠕变特征。蠕变曲线如图：
材
料
应变
的
高
材
料
的
应I
II
III D
高
变
温
ε
C
力
B
ε = d ε /dt
学
性
A
能
ε0
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0
时间 t
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第 第三阶段：CD段，加速蠕变阶段（失稳蠕变阶段）。
七
章 特点：随时间的延长，dε/dε逐渐增大，
材
D点发生蠕变断裂。
料
的
应I
II
III D
高
变
温
ε
C
力
B
ε = d ε /dt
学
性
A
能
ε0
0
时间 t
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第 因此，总蠕变可表示为：
七
章
ε=ε0+f(t)+Dt+Ф(t)
材
料
的
ε0— 瞬时应变
Dt—恒速蠕变
高
温
f(t)—减速蠕变
Ф(t)—加速蠕变
力
学
性
能
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第 2、应力、温度对蠕变的影响
七
章 （1） 当温度很低和应力很小时，材料可能只有蠕 材 变第一阶段和第二阶段，蠕变第二阶段很长，随后 料 即发生断裂，而没有第三阶段。
七
章 等强温度：在某一温度下，晶界强度与晶内强度
材 相等，这个温度称为等强温度。
料
强度
的
晶界
高
温 力
学 晶界断裂
晶界滑动和应力 晶内 集中模型
性
能
空位聚集模型
温度
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第 晶界滑动和应力集中模型
七
拉应力
高应力和低温度下
章
滑动晶界
材
料
的
空洞（裂纹）
应力集中区
高
温
力
学
性
楔形空洞形成示意图
能
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第 七 章 材 料 的 高 温 力 学 性 能
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第
七 空位聚集模型
章 材 料 的 高 温 力 学 性 能
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低应力和高温条件下
第
高温高应力作用下
七
章
材 在强烈变形部位迅速发生回复再结晶，晶界能够 料 通过扩散发生迁移，即使在晶界上形成空洞，空 的 洞也难以继续长大，因为空洞的长大主要是依靠
学
性
A
能
应变滞后
时间t
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第 第三阶段：CD段，为不可逆变形阶段，是以较小
七 的恒定应变速率产生变形，到后期，会产生颈缩，
章 发生蠕变断裂。弹性变形引起的蠕变，当载荷去
材 除后，可以发生回复→蠕变回复，这是高分子材
料 料的蠕变与其他材料的不同之一。
应变
的
C
D
高
温
B
力
学
性
A
能
应变滞后
第
七
第七章 材料的高温力学性能
章
材 高温下服役的材料，其力学性能与常温有很大的不同
料
金属 温度升高，强度降低，穿晶断裂→
的
沿晶断裂，加工硬化、固溶强化、沉淀强
高
化作用消失。
温
力
学
陶瓷 高温下，由脆性→半塑性材料
性
（热激活作用）。
能
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第 在高温下，材料的力学性能具有明显的时间效应。如 七 金属强度随时间而降低，所以，有必要研究在高温下 章 的力学性能。
章 特点 开始蠕变速率很大，随时间的延长，dε/dt
材
逐渐减小到B点，dε/dt→min（最小值）。
料
的
应I
II
III D
高
变
温
ε
C
力
B
ε = d ε /dt
学
性
A
能
ε0
0
时间 t
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第 第二阶段：BC段，恒速蠕变阶段（稳态蠕变阶段）
七 特点：蠕变速率几乎不变。材料的蠕变速率即是以 章 这一阶段的蠕变速率表示。
第
蠕变变形的特点：
七
章 高温下晶界可能产生滑动，于是晶内和晶界都参与了 材 变形；变形过程中，强化与软化过程同时进行，在高 料 温下，原子扩散能促进各种形式的位错运动，在很高 的 的温度下，应力很低的条件下，扩散将成为控制变形 高 的主要机制。
温
力
学
性
能
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第
2.蠕变断裂机理
的
σ
高
A
温
力
D
学
C
性
能
B
σ
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第 ③ 晶界滑动蠕变机理
七
高温下，晶界在外力作用下发生相对滑动，引起明 章 显的塑性变形。
材
料 ④ 粘弹性机理
的
高 高分子材料在恒定应力作用下， 温 分子链由卷曲状→伸展→蠕变， 力 外力去除后回复为卷曲状态→蠕变回复。
学 性 能
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