3 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。
三轴蠕变试验
三轴蠕变试验
（原创版）
目录
1.三轴蠕变试验的定义和目的
2.三轴蠕变试验的设备和试验过程
3.三轴蠕变试验的数据处理和结果分析
4.三轴蠕变试验的应用领域
正文
三轴蠕变试验是一种材料力学性能测试方法，主要用来测定材料在长时间的加载作用下的变形特性。
这种试验对于分析材料的蠕变行为，了解材料的长期性能和结构稳定性具有重要意义。
试验设备主要包括试验机、加载设备、测量设备等。
试验过程中，首先将待测材料制成规定尺寸的试样，然后将试样放置在试验机上，施加恒定的载荷，使试样在三轴向受力，且受力大小按一定的时间变化规律进行变化。
试验过程中，通过测量设备实时记录试样的变形情况，从而得到材料在长时间加载下的变形数据。
试验数据处理和结果分析主要包括两个方面：一是对试验数据进行处理，得到材料蠕变曲线；二是根据蠕变曲线进行结果分析，得到材料的蠕变性能参数，如蠕变速率、蠕变应力等。
三轴蠕变试验广泛应用于土木工程、航空航天、核工业等领域。
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flac3D蠕变基础知识03
flac3D蠕变基础知识蠕变模型将flac3d的蠕变分析option进行了简单的翻译，目的是为了搞清楚蠕变过程中系统时间是如何跟真实时间对应的。
1. 简介Flac3d可以模拟材料的蠕变特性，即时间依赖性，flac3d2.1提供6种蠕变模型：1. 经典粘弹型模型model viscous2. model burger3. model power4. model wipp5. model cvisc6. powe蠕变模型结合M-C模型产生cpow蠕变模型（model cpow）7. 然后WIPP蠕变模型结合D-P模型产生Pwipp蠕变模型（model pwipp）；8 model cwipp以上模型越往下越复杂，第一个模型使用经典的maxwell蠕变公式，第二个模型使用经典的burger蠕变公式，第三个模型主要用于采矿及地下工程，第四个模型一般用于核废料地下隔离的热力学分析，第五个模型是第二个模型的M-C扩展，第六个模型是第三个模型的M-C 扩展，第七个模型是第四个模型的D-P扩展，第八个模型也是第四个模型的一种变化形式，只是包含了压硬和剪缩行为。
2. flac3d解流变问题2.1简介流变模型和flac3d其他模型最大的不同在于模拟过程中时间概念的不同，对于蠕变，求解时间和时间步代表着真实的时间，而一般模型的静力分析中，时间步是一个人为数量，仅仅作为计算从迭代到稳态的一种手段来使用。
2.2 flac3d的蠕变时间步长对于蠕变等时间依赖性问题，flac3d容许用户自定义一个时间步长，这个时间步长的默认值为零，那么材料对于粘弹性模型表现为线弹性，对于粘塑性模型表现为弹塑性。
（命令set creep off也可以用来停止蠕变计算。
）这可以用来在系统达到平衡后再开始新的蠕变计算。
蠕变公式中包含时间，所以计算中时间步长对程序响应有影响。
虽然用户可以对时间步进行设置，但并不是任意的。
蠕变过程由偏应力状态控制，从数值计算的精度来讲，最大蠕变时间步长可以表示成材料粘性常数和剪切模量的比值：For the power law ----------省略。
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。
估算YB-3有机玻璃蠕变疲劳寿命的时间寿命分数法
Ｊｎ ００ ｕ ．２ １
估 算 Ｙ 一 机 玻 璃 蠕 变 疲 劳 寿命 的 时 间寿 命 分 数 法 Ｂ ３有
黄 爱凤 姚 卫 星
（． 京 航 空航 天 大 学 无 人 机 研 究 院 ， 京 ，１ ０ ６ １南 南 ２０１ ；
２南 京 航 空航 天 大 学 飞 行 器 先 进 设 计技 术 国 防 重 点 学 科 实 验 室 ， 京 ， １０ ６ ． 南 ２０１）
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔｈｅ ｆａ ｔ ｒ ｉ ｅ ａ ｈｅ ｃ ｅ ｐ ｃ ｓｒ ｃ ： ｒ ｃ ｕ ｅ ｔｍ ｎｄ ｔ ｒ ｅ ｏｍｐ ｉ ｃ ｔ ｄｅ ｉｆ ｒ ｎｔｔ ｎ ｉｅ ｓ ｒ ｓ ｅ ｒ ｂｔ ｉ ｄ ｆｏｍ ｌａｎ ｅ ｍ ｒ ｄ ｆｅ ｅ ｅ ｓ ｌ ｔｅ ｓ ｓ ａ ｅ ｏ ａ ｎｅ ｒ
摘要 ： 由蠕 变试 验 得 到 有机 玻 璃 ＹＢ ３在 不 同 应 力 水 平 下 的 断 裂 时 间 和 蠕 变 柔 量 ， 用 粘 弹 性 模 型 将 蠕 变 柔量 转 一 应 换 得 到 不 同 频 率 下 的 动 态柔 量 。根 据 动 态 柔 量 和 不 同频 率 的 疲 劳试 验 结 果 ， 舍 得 到 了 ＹＢ ３有 机 玻 璃 的 △ 一 拟 一 ￡ Ⅳ
ＹＢ一 ｏ ｙ ｅ ｈ ｌ ｍｅ ｈ ｃ ｙ ａ ｅ Ｐ Ｍ Ａ ） ｃ ｅ ｐ ｔ ｓ ． Ｔｈ ｙ ａ ｉ ｃ ｍｐ ｉ ｎ ｅ ｉ ｔ ａ ｓ ｏ ｍｅ ｒ ｍ ｈ ３ Ｐ ｌｍ ｔ ｙ ｔ ａ ｒ ｌｔ （ Ｍ ｒｅ ｅｔ ｅ ｄ ｎ ｍ ｃ ｏ ｌ ｃ ｓ ｒ ｎ ｆ ｒ ｄ ｆｏ ｔ ｅ ａ
ｃ ｅ ｐ ｃ ｍ ｐ ｉｎｃ ｓ ｎｇ ａ ｖ ｓ ｏ ｌ ｓ ｉ ｄｅ ． Ｔｈｅ△￡ Ｎ ｕ ｖ ｓ ｆｔ ｅ ｃ ｏｒ ｎ ｏ ｔ ｙｎ ｍ ｉ ＯＴ— ｒｅ ｏ ｌａ ｅ ｂｙ ｕ ｉ ｉｃ ｅ ａ ｔｃ ｍｏ １ 一 ｃ ｒ ｅ ｉ ｉｔ ｄ ａ ｃ ｄｉ ｇ ｔ ｈｅ ｄ ａ ｃ Ｃ Ｉ Ｉ ｐｌａ ｃ ｎ ｈｅｆ ｔｇｕ ｘ ｒ ｍｅ ｔ Ｔｈｅ ｉ ｎ ｅ ａ ｄ ｔ ａ ｉ ｅ ｅ ｐｅ ｉ ｎ ． ｎ，ｂａ ｅ ｈｅＡｅ Ｎ ｕ ｖ ｓ ｄ ｏｎ ｔ － ｃ ｒ ｅ，ｔ ｅ ｔｍｅ ｌｆ ｒ ｃ ｉ ｎ ｍｅ ｈ ｄ ｉ Ｕ — ｈ ｉ —ｉｅ ｆ ａ ｔｏ ｔ ｏ ｓ Ｃ Ｓ
材料力学蠕变分析知识点总结
材料力学蠕变分析知识点总结蠕变是材料在恒定应力条件下随时间逐渐发生形变的现象。
在工程设计和材料研究中，蠕变现象是一个重要的考虑因素。
为了更好地理解和分析材料的蠕变特性，以下是一些材料力学蠕变分析的重要知识点的总结。
一、蠕变现象及特点蠕变是指材料在一定的温度、应力和时间条件下会发生的持续性形变现象。
蠕变速率与应力和温度成正比，与时间成反比。
蠕变主要表现为静态蠕变和滞后蠕变两种类型。
静态蠕变是指恒定应力下的蠕变，在应力作用下，材料在一段时间后会逐渐发生持续性的形变。
滞后蠕变是指在持续变形状态下，应力和应变之间的关系并非瞬时稳定，而是有延迟的反应。
二、影响蠕变的因素1. 温度：温度是影响蠕变的关键因素。
随着温度的升高，材料的蠕变速率也会增加。
一般来说，高温会导致材料的结构疲劳，从而增加蠕变的可能性。
2. 应力水平：应力水平是另一个重要因素。
蠕变速率随着应力的增加而增加。
当应力水平超过一定阈值时，蠕变速率将急剧增加，导致材料的蠕变失效。
3. 材料结构：材料的结构对蠕变行为有很大影响。
晶体有序性高、晶界清晰的金属材料蠕变行为较不明显，而高聚物、陶瓷等非晶态材料则容易发生蠕变现象。
三、材料蠕变性能测试方法为了评估材料的蠕变性能，常用的测试方法有：1. 短期蠕变试验：通过施加持续载荷进行的试验，用于测定材料在短时间内的蠕变性能。
2. 长期蠕变试验：通过施加持续载荷进行的试验，用于测定材料在长时间内的蠕变性能。
3. 压缩蠕变试验：通过施加持续压缩载荷进行的试验，用于测定材料在压缩状态下的蠕变性能。
四、蠕变机制和模型1. 滑移机制：材料中的滑移是一个重要的蠕变机制。
滑移是指材料中的晶体发生移位，形成新的晶体结构，导致材料整体发生蠕变。
2. 脆性断裂机制：某些材料在蠕变过程中会出现脆性断裂现象。
脆性断裂是由于晶界结构破裂或晶体内部缺陷引起的。
3. 蠕变模型：为了更准确地描述材料的蠕变行为，研究者们提出了各种蠕变模型，如Arrhenius模型、Norton模型和力学模型等。
蠕变及机制
（1）气孔：气孔率增加，蠕变率增加。 ）气孔：气孔率增加，蠕变率增加。 原因：气孔 减少抵抗蠕变的有效截面积 减少抵抗蠕变的有效截面积。 原因：气孔-减少抵抗蠕变的有效截面积。 （2）晶粒：晶粒越小，蠕变率越大。 ）晶粒：晶粒越小，蠕变率越大。 原因：晶界的比例随晶粒的减小而大大增加， 原因：晶界的比例随晶粒的减小而大大增加，晶界扩 散及晶界流动加强。 散及晶界流动加强。 3） 玻璃相：玻璃相粘度越小，蠕变率增加。 （3） 玻璃相：玻璃相粘度越小，蠕变率增加。 原因：温度升高，玻璃的粘度降低，变形速率增大， 原因：温度升高，玻璃的粘度降低，变形速率增大， 蠕变率增大。 蠕变率增大。 说明粘性流动对材料致密化的影响：材料在高温烧 说明粘性流动对材料致密化的影响： 结时，晶界粘性流动， 结时，晶界粘性流动，气孔容纳晶粒滑动时发生的 形变，即实现材料致密化。 形变，即实现材料致密化。
延 伸 率
温 度 或 应 力
时间 温度和应力对蠕变曲线的影响
2.3.2 蠕变机理
蠕变机理分为两大类： 蠕变机理分为两大类： 晶界机理------多晶体的蠕变； 多晶体的蠕变； 晶界机理 多晶体的蠕变 晶格机理------单晶蠕变，但也可能控制着多 单晶蠕变， 晶格机理 单晶蠕变 晶的蠕变过程。 晶的蠕变过程。
2.3.3 影响蠕变的因素 1. 温度、应力（外界因素） 温度、应力（外界因素） 2. 晶体的组成 结合力越大，越不易发生蠕变，所以共价键结构的 结合力越大，越不易发生蠕变， 材料具有好的抗蠕变性。 材料具有好的抗蠕变性。 例如碳化物、硼化物。 例如碳化物、硼化物。 3. 显微结构 材料中的气孔、晶粒、玻璃相等对蠕变都有影响。 材料中的气孔、晶粒、玻璃相等对蠕变都有影响。
稳定态条件下，纳巴罗－赫润计算蠕变速率（蠕变率）： 稳定态条件下，纳巴罗－赫润计算蠕变速率（蠕变率）： 体扩散（通过晶粒内部）蠕变率： σΩDv/(kTd2) 体扩散（通过晶粒内部）蠕变率：U=13.3 σΩ 晶界扩散（沿晶界扩散）蠕变率： σδΩD 晶界扩散（沿晶界扩散）蠕变率： U=47σδΩ b/(kTd3) σδΩ 式中： 晶界的宽度 晶界的宽度； 体扩散系数； 式中：δ---晶界的宽度； Dv ---体扩散系数；Db---晶界扩 体扩散系数 晶界扩 散系数； 晶粒直径。 散系数；d---晶粒直径。 晶粒直径 3 . 晶界蠕变理论 晶界对蠕变速率有两种影响： 晶界对蠕变速率有两种影响： 高温下，晶界能彼此相对滑动， 第一 ， 高温下，晶界能彼此相对滑动，使剪应力 得到松弛。 得到松弛。 晶界本身是位错源， 第二 ， 晶界本身是位错源，离晶界约为一个障碍 物间距内的位错会消失。 物间距内的位错会消失。
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2）短程的局部障碍，如林位错，固溶原子等。
由于这类障碍的作用距离为原子间距的量级，热激活过程对位错 克服这类障碍是有帮助的。 两种障碍叠加在一起构成总的障碍（或阻力）
当外应力低于障碍的最大值时
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3. 层错能的影响 从右图可以看出扩散系数补 偿蠕变速度与层错能在双对 数坐标中成线性关系，直线 的斜率约等于3，因此， 蠕 变速度可写成
kT DGb
F A8 DGb Gb G kT
3
n
讨论层错能的影响时应注意考 察某些不确定性。 1）层错能的测量误差 2）改变层错能的同时改变了 其他性能，难以区分层错 能的影响 3）层错能影响蠕变的机制还 不清楚。层错能可能影响 攀移，或影响位错结构
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不均匀位错结构与长程内应力 为什么会形成不均匀位错结构呢
Mughrabi最先提出了位错结构的“复合模型”，从理论上证明了 形成不均匀位错结构的必然性。 Mughrabi证明了在总位错密度相等的条件下，位错不均匀分布状 态的弹性应变能和流变应力都低于位错均匀分布状态，即不均匀分布 是自由能低的状态。因此在变形过程中位错总是趋于不均匀分布。 不均匀结构形成后，硬区（位错密度高的区域）和软驱的变形不 协调，因而产生内应力，称为长程内应力。变形是在外应力和内应力 的共同作用下进行。
s A7
3 Q Gb exp c G kT RT
上述不同的数学表达式在本质上是等价的， 采用不同的形式只是为了便于在不同的场合应用
3.1.3 蠕变速度与材料特性的关系
1. 晶粒尺寸的影响
在高温下晶粒之间可以沿晶界发生滑动，从而造成材料的变形。总变 形有晶内滑移和晶界滑动两部分组成。 晶粒越细，晶界面积越大，晶界滑动对总变形量的贡献也就越大。因 此，随晶粒直径的减小总变形速度（蠕变速度）增大。 晶粒尺寸足够大以至晶界滑动对总变形的贡献小到可以忽略时，总变 形速度（蠕变速度）将不依赖于晶粒尺寸。
3.2 纯金属的蠕变理论
3.2.1 概述
基于实验观察到的蠕变现象，并根据实验结果归纳蠕 变本构方程。
Gb 3 Q s A exp c G kT RT
n 5, Qc Qsd
n
蠕变理论的任务是从位错运动的微观机制出发，理 论上推导出蠕变本构方程。所导出的理论方程应当与上 述经验方程一致。
Gb
2
亚晶内位错密度与应力的二次方成正比
K Gb
σ/MPa
这两个测量结果对建立蠕变理论模型非常重要
蠕变过程中位错密度增加的同时位错不均匀分布，这不是蠕变的特有 现象，是各种形式塑性变形的共同特点
蠕变—亚结构
常温塑性变形—缠结，胞状组织
低周疲劳—束状组织，驻留滑移带
11
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蠕变本构方程还可以用其他形式表达： 基本形式
s A n exp
Qc RT
用弹性模量归一化应力
Q s A4 exp c E RT
s A5 D E
n
n
n
用扩散系数补偿蠕变速度 与理论模型相一致的形式
3.1.1 蠕变现象
研究蠕变现象，首先要进行蠕变试验，测定蠕变曲线， 即在一定温度和应力下测量蠕变应变与时间的关系。 下图是典型的蠕变曲线
应变，ε
时间， t
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可将蠕变分成三个阶段
第I阶段: 蠕变速度随时间减小 初始蠕变阶段 第II阶段: 蠕变曲线是一段直 线， 即 蠕变速度不变 －稳态蠕变阶段
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研究蠕变现象可以用两种试验方法：
·在一定温度和应力下测量蠕变变 形量随时间的变化
·在一定温度和应变速度下 测量流变应力随应变的变化
两种方法对应两种工程应用状态: ·高温构件的服役状态：在一定温度和载荷作用下变形
·材料的压力加工过程：以一定速度塑性变形时需计算载荷（动力）
3.1.2 蠕变本构方程---稳态蠕变速度与温度，应力的关系
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●
当
T T0，
i 流变应力与温度和应变速率无关
这可以理解为温度高于某一临界温度时，热激活过程非常活跃，以 至仅仅靠热激活过程就能越过局部障碍，无需有效应力的帮助，外 应力只需克服长程内应力就可以了，这就是所谓回复蠕变。
热激活滑移蠕变
回复蠕变
为什么叫回复蠕变？
回复蠕变时外应力和内应力相等
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3. 蠕变
研究高温变形与断裂的背景 重要的工业装置是在高温下运行的。 ●发电装置的蒸汽轮机是在～600℃，36 MPa的蒸汽条件下运行。 ●合成氨，炼油，乙烯装置中的制氢转化炉管和乙烯裂解炉管是在 800～1100℃，～10MPa应力下长期运行。 ●航空发动机的涡轮叶片是在 ~1200℃，100MPa以上高应力下运行 这些装置的结构材料在高温长期运行中缓慢地发生塑性变形，甚 至发生断裂，导致材料失效，甚至引发灾难性的事故。 因此，研究材料高温变形和断裂的现象，机制和理论，对装置的 安全运行，开发新材料等方面具有重要的理论和工程意义。
i e e i
e
：有效应力 ※ 位错将在有效应力和热激活的共同作用下越过局部障碍。 有效应力提供斜线部分能量，热激活提供涂黑部分能量 -称为激活能
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应变速度
bAN bAN 0 exp(
0 exp
Q ) kT
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纯金属蠕变理论可分为两大类：热激活滑移理论 回复蠕变理论
塑性变形的流变应力取决于位错在运动中遇到的各种障碍的性质与强 度。在低温下只有外应力超过这些障碍所产生的内应力（阻力）时 位错才能滑移。但在高温下，有些障碍是可以在热激活的帮助下越过的
对位错运动的障碍可分为两类 1）长程内应力 i ： i 是晶体中所有位错的应力场叠加的结果，
的关系偏离对数直线关系 称 为幂率失效
(Power Law Breakdown)
s A2 exp( B )
●高低应力统一方程
---应力的双曲函数
高纯铝的实验结果
s A2 (sinh )
n
幂率蠕变和幂率失效的变形机制不同，因此， 该方程便于数学处理，但没有物理意义
2. 蠕变速度与温度的关系
T T0 T T0
Q0 kT ln(0 / ) , i b a , i
其中
T T0 T T0
Байду номын сангаасT0
Q0 k ln(0 / )
•当T<T0时变形是热激活过程， 流变应力依赖于温度和应变速率
T , :
当T T0 时， i 流变应力与温度和应变速率无关
Qc Qsd
蠕变速度是 扩散过程控制的
蠕变本构方程
根据上述实验结果，幂率蠕变条件下， 蠕变本构方程（速度与应力、温度关系 ）可用下式给出
s A n exp
其中
Qc RT
s 为稳态蠕变速度，
为应力，T 为绝对温度
n为稳态蠕变速度的应力指数，简称应力指数 Qc为蠕变激活能，R为气体常数 A 为材料常数
高应力蠕变后 低应力蠕变后
2.蠕变过程中位错亚结构变化的定量分析 1） 亚结构内、壁位错密度的变化
应变，
位错密度，ρ/mm-2
ε
时间， t
第一阶段
第二阶段
蠕变应变，ε
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2）稳态位错亚结构
实验表明，稳态位错结构主要取 决于应力，而与温度关系不大。 亚结构平均尺寸与应力成反比关系
dK
kT DGb
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3.1.4 蠕变中位错亚结构的变化
金属的各种蠕变行为与其中的位错结构有密切的关系，
因此，人们对蠕变过程中位错结构的发展变化做了大量的 观察和测量。这一节将简要介绍这些结果。
蠕变前
1. 定性观察结果
经过退火的纯金属在蠕变前位错密度低，均匀 分布。蠕变过程中 ： ●位错增值-位错密度增加，多个滑移系交叉 -产生位错缠结 ●位错密度增加同时位错趋于不均匀分布，低应力 下形成胞状结构，高应力下形成亚晶 ●胞状结构和亚晶并无本质区别，只是界面位错 间距有所差别，故统称为亚结构（Substructure）
i
蠕变变形时位错密度增加，内应力增加，使得内应力大于外应力， 变形停止。当内应力通过回复降低到外应力以下时变形才能继续。 这就是说变形是回复过程控制的，故称回复蠕变
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回复蠕变理论
自上世纪60年代至今已提出了众多的蠕变理论模型， 这里介绍几个重要模型
回复蠕变理论模型从以下的基本假定出发： ● 蠕变中一方面因蠕变变形而产生加工硬化，另一方面在高温下又发生
时间， t
第III阶段: 蠕变速度随时间加快 --加速蠕变阶段
蠕变曲线的形状反映了伴随高温变形的加工硬化和回复软化过程。
蠕变开始时，金属内位错密度低， 变形抗力小，蠕变速度很快。 蠕变开始后由于变形引起加工硬化， 蠕变速率逐渐降低。
应变，ε
应变，ε
时间， t
随着加工硬化过程动态回复速率也逐渐增加，最终加工硬 化与回复软化过程达到动态平衡，蠕变速率保持恒定，进入变 形达到稳态蠕变。 第三阶段蠕变速率上升与内部产生蠕变空洞和发生颈缩导 致实际应力升高等因素有关。
回复软化，稳态蠕变是加工硬化与回复软化达到动态平衡的结果，