材料的高温蠕变
金属材料的高温蠕变与失效机理
金属材料的高温蠕变与失效机理金属材料作为工业领域中使用最广泛的材料之一，已经得到了广泛的应用。
在高温环境下，金属材料的高温蠕变是一个常见的失效模式。
传统的高温合金通常采用了一种强化技术来提高其耐蠕变性能，但是这种耐蠕变性能仍然存在一定的限制。
本文将探讨金属材料在高温环境下的蠕变失效机理，以及一些不同类型的强化技术和材料。
高温蠕变与失效机理高温蠕变是指在高温环境下，由于材料的应力应变过大，导致材料的失效。
高温蠕变主要包括两种类型：一种是形变蠕变（dislocation creep），另一种是胀变蠕变（diffusional creep）。
形变蠕变是由于材料的晶格中位错的弥散和交换形成的。
当位错从它们的平衡位置上偏移时，它们在材料内部会发生滑移。
由于位错相互干扰会产生阻力，所以材料的形变也会导致局部的漂移。
胀变蠕变是由于材料在高温条件下形成了一些小孔，这些小孔会使得材料发生体积变化。
不同类型的蠕变机理对不同类型的材料有不同的影响。
在某些材料中，比如单晶的镍基高温合金中，形变蠕变是最主要的蠕变失效机理。
而在其它材料中，比如多晶的合金，胀变蠕变是主要的蠕变失效机理。
强化技术与材料在高温蠕变方面，以往经验表明，金属材料在高温下的蠕变失效与它们的晶粒尺寸，晶界强度，位错密度等多种因素都有关系。
因此，为了提高金属材料在高温环境下的耐蠕变性能，可以采用一些不同的强化技术和材料。
第一种强化技术是制备多晶材料。
它可以通过控制晶粒尺寸，晶界能，晶界角度等多种参数来控制合金的微观结构和性能。
通过在含有晶界的合金中添加强固化元素，可以显著提高合金的耐蠕变性能。
第二种强化技术是通过添加微合金元素来改善合金的微观结构和性能。
比如，在镍基高温合金中添加微量的铝和钛元素可以显著提高合金的高温蠕变强度和延展性。
这是因为这些元素可以合成高强的γ'相，而γ'相的粒子减缓了位错的滑移和晶界上的微塑性。
第三种强化技术是采用处理工艺，比如提高材料的冷加工程度、热加工程度等来提高合金的微观结构和性能。
高温蠕变试验
高温蠕变试验是一种用于测量材料在高温环境下受力和温度变化时变形和时间关系的试验方法。
这种试验通常用于研究高温材料和部件的性能，例如高温管道、发动机零件、航空器部件等。
在高温蠕变试验中，材料被置于一个高温环境中，通常是在一个可控的炉子或模拟环境中进行。
试验样品通常是一个标准的试样，例如一个圆形或矩形截面的金属棒或管子。
在试验过程中，样品受到一定的载荷，通常是通过施加压力或重物来实现。
试验开始后，样品会逐渐变形，直到达到一个稳定的状态。
这个过程可以通过测量样品在不同时间点的变形量来记录。
在高温蠕变试验中，时间、温度和载荷是三个关键参数。
试验过程中，这三个参数的变化会影响到样品的变形行为。
通过高温蠕变试验可以得到材料的蠕变曲线。
蠕变曲线是表示样品在不同时间点的变形量随时间变化的曲线。
从蠕变曲线中可以得到材料的蠕变行为，例如蠕变速率、蠕变率、最大蠕变变形量等参数。
这些参数可以帮助研究人员了解材料的性能和特点，为材料的设计和应用提供依据。
高温蠕变试验对于高温材料的研究和应用具有重要意义。
通过高温蠕变试验可以得到材料的蠕变曲线和相关参数，这些参数可以帮助研究人员了解材料的性能和特点，为材料的设计和应用提供依据。
同时，高温蠕变试验还可以用于研究和测试高温材料在不同环境条件下的性能，为高温设备的选材和应用提供技术支持。
在高温蠕变试验中，需要注意一些关键点，例如选择合适的温度和载荷范围、控制环境温度和湿度的稳定、避免样品的热应力和裂纹等问题。
同时，在试验过程中需要严格记录样品在不同时间点的变形量，并进行分析和处理，得到准确的试验结果。
总之，高温蠕变试验是一种重要的材料性能测试方法，对于高温材料的研究和应用具有重要意义。
通过高温蠕变试验可以得到材料的蠕变曲线和相关参数，这些参数可以帮助研究人员了解材料的性能和特点，为材料的设计和应用提供依据。
材料的蠕变机制了解材料在高温下的变形机制
材料的蠕变机制了解材料在高温下的变形机制材料的蠕变机制：了解材料在高温下的变形机制材料的蠕变（Creep）是指在高温和应力作用下，材料会逐渐发生形变和软化的现象。
蠕变机制的了解对于材料在高温环境下的设计和应用非常重要。
本文将探讨材料在高温下的变形机制，以及蠕变现象对材料性能的影响。
1. 引言随着工程领域对材料性能要求的提高，对于材料在极端条件下的变形行为的研究变得愈发重要。
高温下材料的蠕变现象是一项关键的考察对象，本文旨在深入探讨材料在高温环境下的变形机制，并分析其对工程应用的意义。
2. 材料在高温下的变形机制2.1 晶体滑移晶体滑移是一种经典的材料变形机制，在高温条件下尤其突出。
晶体原子通过在晶格面上滑移来改变位置，从而导致材料的塑性变形。
高温会增加晶体内的原子动能，使得晶体滑移更容易发生。
2.2 相互扩散在高温下，材料中的原子会因为动能提高而显示出相互扩散的特性。
相互扩散会导致晶界和晶体内部的松弛，进而引起材料的蠕变变形。
2.3 晶体再结晶晶体在高温和应力作用下可能发生再结晶，即原本晶体中的晶粒重新排列和重组。
这种再结晶过程也是材料蠕变的一个重要机制。
3. 蠕变对材料性能的影响3.1 强度和韧性的降低材料蠕变使得材料在高温下的强度和韧性均降低。
原子的扩散会导致材料晶界的松弛，晶体结构的破坏以及晶粒的再结晶，这些因素会使材料的强度降低。
3.2 变形速率蠕变行为与应力的大小、温度的高低以及时间的长短密切相关。
蠕变变形速率随温度的升高而增加，随应力的增加而加快。
这对一些高温工程应用中材料的耐久性和设计有着重要影响。
4. 变形机制的研究与应用4.1 实验方法通过高温实验设备对材料进行蠕变试验，可以模拟材料在高温下的变形行为。
通过测量变形曲线、变形速率和变形温度等参数，可以获取材料的蠕变特性。
4.2 材料改进与设计通过深入研究材料的蠕变机制，可以针对不同的应用需求改进和设计材料。
例如，在航空航天领域，对发动机叶片等高温结构部件材料的蠕变机制进行研究，以提高其抗蠕变性能。
高温环境下材料热蠕变行为的力学分析
高温环境下材料热蠕变行为的力学分析热蠕变是指在高温环境下，材料受到温度的变化而产生的形变现象。
在高温环境下，材料的原子或分子会发生较大幅度的热运动，导致材料发生蠕变变形。
理解和分析高温环境下材料的热蠕变行为对材料的设计和工程应用非常重要。
本文将进行力学分析，探讨高温环境下材料热蠕变行为的机制和影响因素。
首先，高温环境下材料热蠕变主要受到温度和应力的共同作用。
温度是引起热蠕变的主要原因，因为高温会使材料内部原子或分子的热运动剧烈增加。
而应力则是对材料施加的外部力，使材料发生变形。
热蠕变行为的机制可以分为几个方面：首先是晶粒滑移。
在高温下，材料的晶界可以发生滑移，从而使材料产生变形。
晶界滑移是材料热蠕变的主要机制之一，晶界的运动和滑移会导致材料局部发生变形。
其次是晶粒的生长和再结晶。
高温环境下，晶粒可以通过长大和再结晶来调整材料的组织结构，从而减小材料的变形和蠕变行为。
晶粒生长和再结晶可以优化材料的力学性能，减弱材料的蠕变行为。
此外，扩散也是高温热蠕变的机制之一。
材料中的原子或分子在高温下可以通过扩散移动，从而导致材料的蠕变行为。
扩散对材料的蠕变变形具有重要影响，可以导致材料发生局部变形和形状变化。
掌握材料热蠕变行为的力学分析方法可以更好地进行材料设计和应用。
具体的力学分析包括以下几个方面：首先是材料的热弹性性能分析。
热弹性性能是指材料在高温下的应力-应变行为。
通过测量材料在不同温度下的力学性能，可以确定材料的热蠕变特性和材料参数，从而提供材料设计和应用的依据。
其次是材料的蠕变行为建模和预测。
通过建立材料的蠕变行为数学模型，可以预测材料在高温环境下的蠕变变形和寿命。
常用的模型包括Norton、Bailey-Norton 和Manson-Haferd等模型，这些模型可以用于预测材料的蠕变变形和寿命，从而指导材料的设计和应用。
此外，热蠕变行为的力学分析还包括材料的应力松弛分析、材料的蠕变裂纹扩展分析等。
金属材料在高温环境中的蠕变与断裂特性研究
金属材料在高温环境中的蠕变与断裂特性研究引言：金属材料是广泛应用于工业生产和科学研究领域的重要材料之一。
然而，在高温环境中，金属材料会经历蠕变和断裂等各种失效过程，限制了它们的长期使用。
因此，研究金属材料在高温环境中的蠕变和断裂特性具有重要的科学意义和应用价值。
一、蠕变特性的研究蠕变是指金属材料在高温下长期承受恶劣环境而发生的材料形变现象。
在蠕变过程中，金属材料会因为长时间暴露于高温环境中而失去强度和硬度，从而导致部件形状的改变或甚至断裂。
因此，研究金属材料的蠕变特性对于工程设计和材料选型都具有重要的意义。
蠕变行为的研究表明，金属材料的蠕变过程是一个复杂的多尺度、多物理场的耦合问题。
不同金属材料具有不同的蠕变特性，蠕变使材料的形变速度随时间推移而增加，而在应力作用下达到平衡状态后又趋于稳定。
因此，研究金属材料的蠕变特性需要综合考虑材料的微观结构、力学性能以及高温环境等因素。
二、断裂特性的研究在高温环境中，金属材料容易出现断裂失效，对于许多工程结构来说是一个严重的问题。
断裂是指金属材料在受到应力作用时，由于材料内部的缺陷和应力集中等原因，导致材料的破裂和失效。
研究表明，金属材料的断裂特性受到多个因素的影响，如应力状态、温度、材料的微观结构、裂纹尺寸等。
对于金属材料的断裂研究，不仅需要考虑断裂前的应力集中和裂纹扩展过程，还需要分析材料的断裂机理和损伤演化规律。
三、金属材料的蠕变与断裂耦合研究金属材料在高温环境中的蠕变和断裂过程相互关联，相互影响。
蠕变可以导致金属材料的应力集中和损伤加剧，从而增加材料的断裂风险。
而断裂又会对材料的蠕变特性产生重要影响，例如断裂面的形态和裂纹扩展速率。
因此，对于金属材料在高温环境中的蠕变与断裂行为进行耦合研究，可以更准确地评估材料的可靠性和寿命。
这种耦合研究可以通过数值模拟、实验测试和材料性能表征等方法进行。
通过深入研究金属材料的蠕变和断裂耦合行为，可以为工程设计提供准确的预测和可靠性评估。
金属材料的高温蠕变与稳定性
金属材料的高温蠕变与稳定性随着工业的不断发展和技术的不断进步，金属材料被广泛应用于各个领域中。
在金属材料的应用中，高温蠕变和稳定性成为了一个非常重要的话题。
在高温下，金属材料易发生蠕变变形，而稳定性则是指材料在长时间内保持其性能的能力。
本文将对金属材料的高温蠕变和稳定性进行探讨。
一、高温蠕变高温下，金属材料具有蠕变的特性。
蠕变是指当金属材料受到外力作用时，在高温下，材料内部的晶格结构会发生改变，从而使得材料发生形变。
高温蠕变通常会发生在材料的高温服役条件下，例如高温下的机械设备和发动机中。
高温蠕变的机制包括点缺陷蠕变和位错蠕变。
点缺陷蠕变是指材料内部的点缺陷，在高温下，会向材料的扩散，从而导致材料内部的形变。
位错蠕变是指材料内部的位错在高温下运动，而导致材料发生形变。
高温蠕变对金属材料的性能有着非常大的影响。
高温蠕变会导致材料的变形和疲劳裂纹的产生，从而降低材料的强度和延展性。
因此，高温蠕变是金属材料在高温条件下的一个重要问题。
二、稳定性稳定性是指金属材料在经历一段时间的负荷作用后，仍然能够保持其性能。
稳定性通常受到以下因素的影响：材料的化学成分、晶格结构、材料的形状、温度和应力等。
因此，在金属材料的设计和制造过程中，需要通过优化化学成分和加工方式等手段来提高材料的稳定性。
稳定性的影响因素之一是晶界的稳定性。
晶界是指材料中存在的晶体之间的界面。
晶界是金属材料中的微观结构，其稳定性决定了材料的整体性能和耐久性。
晶界的稳定性受金属中元素的化学成分和材料的制造工艺的影响，因此，在制造金属材料时，需要选取合适的化学成分和加工工艺，来提高材料的晶界稳定性。
三、应对高温蠕变和提升稳定性的方法为了应对高温蠕变和提升金属材料的稳定性，需要采取一系列的方法。
其中包括：1.选择合适的材料。
金属材料的蠕变和稳定性很大程度上取决于材料的化学成分和晶格结构。
因此，选择合适的材料是提升金属材料稳定性和抵抗高温蠕变的关键。
2.优化加工工艺。
蠕变产生的条件
蠕变产生的条件
1.温度：蠕变现象是在高温下发生的，通常是在材料的高温
区域（接近其熔点）才会发生蠕变。
较高的温度会导致原子或
分子的热运动增强，使其更容易发生位置的改变和材料的形变。
2.应力：在高温下，应力可以促进蠕变的发生。
应力可以是
常规的机械应力，也可以是应用于材料的外来应力（如重力、
电场等）。
应力会使材料中的晶体发生位错滑移，从而引发蠕变。
3.时间：蠕变是一种时间依赖的现象，它需要一定的时间才
能发生。
通常，较低的应力和较高的温度需要更长的时间才能
引起蠕变。
蠕变的速率与时间呈指数关系，随着时间的推移，
蠕变程度将不断加剧。
4.材料性质：不同材料对蠕变的敏感程度不同。
一些金属具
有蠕变抗力较高的特性，如铝、镁等，而一些高温合金和陶瓷
材料往往具有较低的蠕变抗力。
材料的晶体结构和组织形态对
蠕变的敏感性也有影响。
5.蠕变机制：蠕变过程中，通常涉及晶体的滑移、晶间的滑移、空隙扩散等蠕变机制。
不同的蠕变机制对应不同的材料和
温度条件，因此蠕变机制的了解也是判断蠕变产生条件的重要
因素。
材料的蠕变寿命材料在高温下蠕变失效的时间
材料的蠕变寿命材料在高温下蠕变失效的时间材料的蠕变寿命：材料在高温下蠕变失效的时间材料在高温下的蠕变失效是工程中一个重要的考虑因素。
蠕变是指在材料受到持续载荷作用下，在高温环境中发生的不可逆形变现象。
它导致材料的力学性能发生变化，甚至可能引发结构的失效。
因此，准确评估材料在高温下的蠕变寿命对于保证工程结构的可靠运行至关重要。
1. 高温蠕变与材料性质材料在高温下的蠕变失效受多种因素的影响，包括温度、载荷、时间以及材料的组织结构和化学成分等。
一般来说，高温蠕变和材料的结晶度、晶粒尺寸、微观缺陷（如晶界、孔洞、夹杂物等）以及元素的扩散速率等密切相关。
在高温环境中，这些因素的相互作用导致材料的蠕变现象。
2. 蠕变曲线和蠕变寿命蠕变曲线是描述材料在高温下蠕变变形的关键参数之一。
它通常由稳态蠕变曲线和瞬态蠕变曲线组成。
稳态蠕变曲线描述了材料在高温下的稳定蠕变行为，而瞬态蠕变曲线则描述了材料在瞬时应力下的瞬态蠕变行为。
蠕变寿命是指材料在高温下能够承受一定应力水平的时间，直到发生失效。
通过研究蠕变曲线和蠕变寿命，可以评估材料在高温环境下的可靠性。
3. 高温蠕变的机理高温蠕变的机理复杂多样，主要包括晶体滑移、晶界滑移、扩散、孔洞成长和亚晶疲劳等。
这些机理导致了材料的变形和应力分布的不均匀，从而引发蠕变现象。
研究高温蠕变的机理有助于深入理解材料的失效机制，进而优化材料的设计和选用。
4. 延长材料蠕变寿命的方法为了延长材料在高温下的蠕变寿命，可以采取多种方法。
一是通过改变材料的组织结构和化学成分，优化材料的抗蠕变性能。
例如，增加材料的晶粒尺寸、提高晶界的强度和稳定性，减少缺陷的数量和尺寸等。
二是控制材料的制备工艺，以减少材料的内部应力和缺陷。
三是采用增强材料的方法，如纤维增强复合材料等，提高材料的强度和耐久性。
通过这些方法的综合应用，可以有效延长材料在高温下的蠕变寿命。
5. 应用领域与展望高温蠕变失效在航空航天、能源、汽车、电子等领域都有着重要应用。
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材料的高温蠕变摘要：从蠕变的定义，金属材料在高温下蠕变的形成机理，相关的理论解释和材料蠕变的因素等几个方面阐述了材料的高温蠕变现象。
其中也对多晶A12 O3陶瓷以及镁质耐火材料提高抗蠕变性能给予介绍，解释。
关键词：高温蠕变；蠕变机理；多晶A12 O 3陶瓷；抗蠕变性能1引言材料具有许多的性能，有的性能在材料的使用时是有利的，但有的性能在材料的使用时是不利的。
由于蠕变的产生我们就不能笼统的说材料在高温下的性质是如何的，材料在高温条件下的性能与在常温下的性能不同，在高温下材料发生蠕变，因此，材料的高温蠕变使得材料在高温条件下使用时性能变差，影响了材料在高温条件下的使用。
如果能提高材料在高温条件下的抗蠕变性能，能够改善材料在高温条件下使用的品质，使得材料的使用寿命延长，可以节省材料，避免浪费。
高温蠕变理论是在对多种金属所做的完整的蠕变实验的基础上建立起来的，因此介绍材料的蠕变机理也是根据金属的蠕变机理来进行解释的。
我们是这样定义材料蠕变这个现象的，材料在高温下长时间承受恒温、恒载荷作用，缓慢产生塑性变形的现象。
所以，蠕变是在恒定压力作用下，随着时间的延长而材料持续形变的过程。
在高温条件下，材料都有着与常温下不同的蠕变行为。
借助于高温作用和外力作用，材料的形变障碍得到克服，内部质点发生迁移，晶界相对移动，于是蠕变现象产生了。
2.1 蠕变阶段材料的高温蠕变分为几个阶段，几个区域有着不同的变化。
图1图1表示在三个不同的恒定应力作用下，材料的应变ε随时间t变化的典型蠕变曲线。
曲线的终端表示材料发生断裂。
t=0时的应变表示加载结束时的即时应变，它包括弹性应变和塑性应变。
蠕变曲线可分为三个阶段，如图2所示：I为非定常蠕变阶段，应变率随时间的增加而减小；II为定常蠕变阶段，应变率保持常值；在最末阶段Ⅲ，应变率随时间而增大，最后材料在tr 时刻发生断裂。
通常，升高温度或增加应力会使蠕变加快并缩短达到断裂的时间。
若应力较小或温度较低，则蠕变的第二阶段(Ⅱ)持续较久，甚至不出现第三阶段（Ⅲ），如图1中对应的蠕变曲线；相反，若应力较大或温度较高，则蠕变的第二阶段（Ⅱ）较短，甚至不出现，如图1中对应的蠕变曲线。
图22.2蠕变机理2.2.1 位错滑移蠕变金属的蠕变变形主要是通过位错滑移、原子扩散以及晶界滑动等机理进行的。
各种机理对蠕变的的贡献随温度及应力的变化而有所不同，现分述如下。
在高温下，位错可借助于外界提供的热激活能和空位扩散来克服某些短程障碍，从而使变形不断产生。
高温下的热激活过程主要是刃型位错的攀移，并使位错加速，从而产生一定的塑性变形。
位错滑移和位错攀移是最常见的位错蠕变机理。
位错位移是位错沿着滑移面运动，而位移攀移是位错垂直于滑移面运动。
位错攀移是半原子面上的原子向晶体中过饱和的空位扩散，使位错能绕过障碍物运动到相邻的滑移面，并使滑移面滑移。
图3为刃型位错攀移克服障碍的几种类型。
由此可见，塞积在某种障碍前的位错通过热激活可以在新的滑移面上运动，或者与异号位错相遇而对消，或者形成亚晶界，或者被晶界所吸收。
当塞积群中某一个位错被激活而发生攀移时，位错源便可能再次开动而放出一个位错，从而形成动态回复过程。
这一过程不断进行，蠕变得以不断发展。
图3刃型位错攀移克服障碍的类型（a)超过固定位错与弥散质点在新滑移面上运动；（b）与邻近滑移面上异号位错相消；（c）形成小角度晶界；（d)消失于大角度晶界在蠕变第一阶段，由于蠕变变形逐渐产生应变硬化，使位错源开动的阻力及位错滑移的阻力逐渐增大，致使蠕变速率不断降低。
在蠕变第二阶段，由于应变硬化的发展，促进了动态回复的进行，使金属不断软化。
当应变硬化与回复软化两个过程达到平衡时，蠕变速率就变成一个常数。
2.2.2 扩散蠕变扩散蠕变是在较高温度（约比温度大大超过0.5）下的一种蠕变变形机理。
它是在高温条件下由于大量原子和空位做定向移动造成的。
但当金属两端有拉应力作用时，在多晶体内产生不均匀的应力场，如图1.28所示。
对于承受拉应力的晶界(如A、B晶界），空位浓度增加；对于承受压应力的晶界（C、D晶界），空位浓度减小，因而在晶界内空位将从受拉晶界向受压晶界迁移，原子则反向流动，致使晶体逐渐产生伸长的蠕变。
这种现象称为扩散蠕变。
图4晶粒内部扩散蠕变示意---→空位移动方向；→原子移动方向2.2.3 晶界滑动蠕变在较高温度条件下，由于晶界上的原子易于扩散，受力后易产生滑动，促进蠕变进行。
随着温度的升高，盈利降低，晶粒度减小，晶界滑动对蠕变的作用越来越大。
但在总蠕变量中所占的比例并不大，一般约为10%。
金属蠕变过程中，晶界的滑动易于在晶界上形成裂纹。
在蠕变的第三阶段，裂纹迅速扩展，是蠕变速率增大，当裂纹达到临界尺寸后便产生蠕变断裂。
蠕变断裂金属材料在长时、高温、载荷作用下断裂，大多数为沿晶断裂。
一般认为，这是由于在晶界上形成裂纹并逐渐扩展引起的。
实验观察表明，在不同的应力与温度条件下，晶界裂纹的形成方式有两种。
（1）在三晶粒交汇处形成的楔形裂纹这是在较高应力和较低温度下，由于晶界滑动在三晶粒交汇处受阻，造成应力集中而形成空洞，如1.29所示。
若空洞相互连接变形成楔形裂纹。
图1.30所示为在A、B、C三晶粒交汇处形成楔形的示意。
图5耐热合金中晶界上形成的空洞图6楔形裂纹形成示意（2）在晶界上由空洞形成的晶界裂纹这是在较低应力和较高温度下形成的裂纹。
这种裂纹出现在晶界上的突起部位和细小的第二相质点附近，由于晶界滑动而产生空洞，如图7所示。
图7（a)所示为晶界滑动与晶内滑动带在晶界上交割形成的空洞;图7（b)所示为晶界上存在第二相质点时，当晶界滑动受阻而形成的空洞，最终导致沿晶断裂。
由于蠕变断裂主要在晶界上产生，因此，晶界的形态、晶界上的析出物和杂质偏聚、晶粒大小及晶粒度的均匀性对蠕变断裂均会产生很大影响。
图7晶界滑动形成空洞示意（a)晶界滑动与晶内滑移带交割；（b)晶界上存在第二相质点3不同材料的蠕变现象及抗蠕变性能的提高3.1多晶A12 O 3陶瓷的蠕变多晶A12 O 3蠕变的机理取决于材料中晶粒的大小和所承受温度的高低。
一般来说,大晶粒材料(>60um)的蠕变中,位错机理可能起重要作用。
但对于晶体材料 来说若要具有良好的塑性,必须要有五个独立滑移系统。
因此，在多晶A12 O 3的情况下,只有高温高应力时除了基面滑移外非基面滑移系统也被激活,此时才可能满足此条件,才有可能出现位错运动机理控制的蠕变,否则,必定为其他机理所控制。
当晶粒较细时,大量的晶界对位错运动的阻碍压制飞位错运动对蠕变的贡 献,因此,对于细晶粒的多晶A12 O 3来说,高温蠕变控制理是扩散蠕变。
一般当温度低于1400℃、晶粒尺寸在1～10um 时为柯伯尔蠕变，铝离子沿晶界的扩散控制蠕变速率。
当温度在1400-2000℃、晶粒尺寸在5-70um 时为纳巴罗一赫林蠕变,铝离子穿过晶格的扩散控制蠕变速率.多晶材料的蠕变断裂一般都由于裂纹扩展所致。
晶界滑移容易产生裂纹。
另 外,裂纹的成核还容易出现在材料中化学或结构的不均匀区域。
B.J.Dalgleish 和A.G.Evans 指出当多晶A12 O 3陶瓷中缺少这类不均匀区域或当应力太低而不足以导致在不均匀区域裂纹成核时,大颗粒造成的不均匀区域由于应力集中会 成 为剪切带优先成核位置。
所形成的剪切带相对于作用应力轴通常成50-60“倾 斜角,这个角度表明剪切带内膨胀应变与剪切应变之比比较高,较大的膨胀也意 味着剪切带内容易形成空洞。
空洞最终在剪切带的相交处聚结形成小裂纹。
这些裂纹几乎垂直于应力轴,并在垂直于应力轴的平面上扩展,导致断裂。
3.2耐火材料抗蠕变性能的提高高温耐火材料要完全消除玻璃相通常是行不通的，要提高抗蠕变性能，可改变玻璃组成，使其不润湿晶相；增加玻璃相的粘度，降低蠕变速率；通过烧成制度使玻璃相析晶。
例如镁质耐火材料，加入三氧化二铬提高了抗蠕变性能，这是由于降低了硅酸盐玻璃相对晶粒的润湿，增加了晶态结合。
三氧化二铁外加剂则提高润湿性，因而降低抗蠕变性能。
高温保温的铝硅酸盐形成细长的莫来石晶体，它形成高强的互锁网络。
少量氧化钠（0～0.5%）的存在会增加莫来石形变的速率，也会导致较高的蠕变。
高铝耐火材料（0～60%A12 O3）抗蠕变性通常随氧化铝含量的增加而增加，但实验过程中的反应可能改变这种性状，在1300℃，蠕变速率随三氧化二铝含量的提高而下降，在较高温度下，消耗二氧化硅和三氧化二铝而形成莫来石使抵抗形变的性能发生变化。
另一方面，镁砖随着提高烧成温度而表现出较高的抗蠕变性能。
随着晶体结构的共价性增加，扩散和位错迁移率就下降。
因此对于碳化物和氮化物，纯的材料抗蠕变性能很强。
为了提高烧结性能而引入的晶界上第二相又会增加蠕变速率或降低屈服强度。
表1.7 比较了同一温度和同一应力下材料的蠕变速率。
从表1.7可见，这些材料可粗略的分成两组：非晶态玻璃比晶态氧化物材料更易变形。
如果考虑由气孔率引起差别及由晶粒不同引起的差别，结果发现不同材料之间的大部分差异可能和组成或晶体材料的变化无关，而是由显微组织的变化所引起。
表1结束语：影响材料高温蠕变的因素必然是多方面的。
对于使用在特定的温度、应力条件下的特定材质欲提高其抗蠕变性能,可采用合适的纤维或晶须增强材料,这是一种有意义的措施。
但一般来说,因蠕变是有结构敏感性的,通常更多是从材料的显微结构来考虑,气孔、晶粒尺寸、玻璃相等均对蠕变有很大影响。
晶粒尺寸直接关系到控制蠕变的主导机理,因而影响抗蠕变性。
气孔率的增加会导致蠕变率增加,因为气孔减小了抵抗蠕变的有效截面积。
材料中玻璃相的存在明显降低抗蠕变性能,尤其当温度升高时粘度下降很快,抗蠕变性能迅速降低,因此,必须严格控制玻璃相的组成和工艺过程。
如果玻璃相粘度高,玻璃相对晶相润湿性差,因而形成晶相与晶相直接结合结构,减少晶界滑移,可提高抗蠕变性。
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金属材料蠕变的微观热力学机理及本构方程的研究。
华东理工大学【5】材料结构与性能/陈玉清，陈云霞主编。
-北京：化学工业出版社，2014.1 26-35。