材料蠕变
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蠕变形变的区别在材料科学和工程技术领域,对材料的力学行为研究至关重要。
蠕变和形变是描述材料在力的作用下产生变形的两种现象。
本文将详细阐述蠕变与形变的区别,以帮助读者更好地理解这两种力学行为。
一、蠕变蠕变是指材料在保持恒定应力或应变的情况下,随时间推移而产生的持续变形。
蠕变现象通常在高温、高压以及长时间作用下较为明显。
蠕变过程可以分为三个阶段:初期蠕变、稳态蠕变和加速蠕变。
1.初期蠕变:在施加应力初期,材料变形速率较快,但随时间推移,变形速率逐渐减小。
2.稳态蠕变:在初期蠕变之后,材料的变形速率趋于稳定,保持恒定的应力或应变条件下,材料以较慢的速率持续变形。
3.加速蠕变:在长时间作用下,材料内部结构发生变化,导致变形速率加快,最终可能导致材料断裂。
二、形变形变是指材料在外力作用下,产生形状、尺寸、结构等变化的现象。
形变可以分为弹性形变、塑性形变和粘弹性形变。
1.弹性形变:在外力作用下,材料产生可逆的形状变化,去除外力后,材料能够恢复到原始状态。
2.塑性形变:当外力超过材料的弹性极限时,材料产生不可逆的形状变化,去除外力后,材料不能完全恢复到原始状态。
3.粘弹性形变:材料在受到周期性应力或应变作用下,表现出既有弹性又有粘性的形变特性。
三、蠕变与形变的区别1.时间依赖性:蠕变是一个时间依赖性过程,材料在保持恒定应力或应变条件下,随时间推移产生变形;而形变通常是指在外力作用下,材料产生的即时变形。
2.变形速率:蠕变过程中,材料变形速率逐渐减小,最终趋于稳定;而形变过程中,材料变形速率与外力大小和作用时间有关,不具有蠕变过程中的时间依赖性。
3.可逆性:蠕变产生的变形通常是不可逆的,而弹性形变是可逆的。
塑性形变和粘弹性形变在去除外力后,部分或全部不可逆。
4.温度依赖性:蠕变现象在高温条件下更为明显,而形变现象对温度的依赖性相对较小。
总结:蠕变和形变是描述材料在力的作用下产生变形的两种现象。
蠕变是一个时间依赖性过程,具有温度依赖性,产生的变形通常是不可逆的;而形变包括弹性、塑性和粘弹性形变,其变形速率与外力大小和作用时间有关,可逆性因材料类型和变形程度而异。
蠕变变形机理蠕变变形是一种材料在高温和恶劣环境下发生的塑性变形现象。
它是由材料内部微观结构的改变所引起的,具有一定的可逆性和不可逆性。
本文将从蠕变变形的定义、机理、影响因素以及应用等方面进行阐述。
蠕变变形是固体材料在高温下由于内部晶格结构的变化而引起的塑性变形。
蠕变变形机理主要有晶体滑移、晶粒边界滑移和扩散等。
晶体滑移是指晶体中的位错沿特定晶面和晶轴方向滑动,从而引起材料的塑性变形。
晶粒边界滑移是指晶体之间的位错滑动,晶粒与晶粒之间发生相对位移,导致材料的变形。
扩散是指材料中原子的相互迁移,在短时间内发生的微观结构的变化。
蠕变变形的机理主要与材料的温度、应力、时间和材料的微观结构等因素有关。
高温是引起蠕变变形的主要因素,因为高温会使材料的晶格结构发生变化,增加了位错的运动和晶粒边界的滑移。
应力是指施加在材料上的力,它会使位错发生运动,从而引起材料的塑性变形。
时间是影响蠕变变形的另一个重要因素,长时间的作用会使材料发生较大的塑性变形。
材料的微观结构也会影响蠕变变形的发生,晶粒的大小、晶界的特性以及杂质的存在都会影响蠕变变形的程度和速率。
蠕变变形在工程中具有重要的应用价值。
例如,在航空航天领域,高温合金材料可以在高温和高应力环境下保持较好的力学性能,从而保证航空发动机等关键部件的正常运行。
在能源领域,蠕变变形的研究可以帮助改进材料的耐热性能,提高能源装置的效率和寿命。
此外,蠕变变形还在材料加工和制备领域有着广泛的应用,例如高温变形、热处理和材料改性等。
蠕变变形是一种重要的材料塑性变形现象,其机理涉及晶体滑移、晶粒边界滑移和扩散等多个方面。
蠕变变形的发生受到温度、应力、时间和材料微观结构等因素的影响。
蠕变变形在航空航天、能源和材料加工等领域具有重要的应用价值。
随着科学技术的不断发展,对蠕变变形的研究将进一步深化,为材料设计和工程应用提供更好的支持和指导。
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。
材料蠕变的影响因素
材料蠕变的影响因素主要包括以下几个方面:
1.温度:温度是影响蠕变的最主要因素。
随着温度的升高,原子或
分子的热运动速度加快,导致原子或分子的相互碰撞频率增加,从而使材料更容易发生蠕变。
2.应力:应力也是影响蠕变的重要因素。
在应力的作用下,材料内
部的原子或分子的排列会发生变化,从而导致材料的物理和化学性质发生变化,最终影响材料的蠕变速率和蠕变程度。
3.金属组织:金属组织的结构、形态和分布等因素也会影响材料的
蠕变性能。
例如,晶粒大小、晶界数量、相组成等都会影响材料的蠕变速率和蠕变程度。
4.介质环境:在某些环境中,如含有腐蚀性介质的气体或液体中,
材料会发生腐蚀,从而导致材料的蠕变性能受到影响。
材料蠕变的影响因素是多方面的,需要综合考虑各种因素对材料蠕变性能的影响,从而更好地理解和控制材料的蠕变行为。
高温环境下的材料蠕变行为分析高温环境下的材料蠕变行为是指在高温条件下,材料长期受到恒定应力或变应力作用下产生的时间依赖性塑性变形现象。
蠕变行为在工程设计、材料选择和材料寿命评估等方面具有重要的意义。
本文将分析高温环境下材料蠕变行为的原因及其对材料性能的影响。
首先,高温环境下材料蠕变行为的原因可以归结为材料内部的结构变化和界面扩散。
材料内部的结构变化主要包括晶格的位错运动和晶胞的形变。
在高温下,材料中的晶体结构受到热振动的影响,晶格上的位错会发生滑动、蠕变和爬行等运动,从而引起材料的塑性变形。
此外,高温下晶胞的形变也会造成材料的蠕变。
界面扩散是指材料内部原子或分子的迁移和固态扩散。
在高温条件下,原子或分子的活动性增加,扩散速率加快,导致材料的界面扩散现象增强。
界面扩散的结果是材料的晶粒长大、粒界清晰度降低以及晶体之间的结合强度减弱等,从而影响材料的力学性能。
其次,高温环境下的材料蠕变行为会对材料的性能产生一系列影响。
首先,蠕变会导致材料的变形。
高温环境下,由于长期受到应力作用,材料会发生塑性变形,产生蠕变。
蠕变不仅会改变材料的形状,还会导致材料的尺寸稳定性降低,形成材料的塌陷或组织结构的变形。
其次,蠕变会影响材料的力学性能。
高温蠕变引起的变形会导致材料的应力应变曲线产生漂移,降低材料的强度、韧性和抗疲劳性能。
此外,蠕变还会引起材料内部的显微结构损伤,如晶粒的长大、晶界断裂等,进一步降低材料的力学性能。
再次,蠕变会影响材料的寿命。
高温环境下的长期蠕变会引起材料的老化和疲劳,加速材料的疲劳破坏过程。
蠕变还会引起材料内部的应力分布不均匀,导致应力集中和裂纹的形成,进而降低材料的寿命。
最后,为了应对高温环境下的材料蠕变行为,可以采取以下措施。
首先,选择合适的材料。
在高温环境下,要选择具有良好抗蠕变性能的材料,如耐高温合金、陶瓷材料等。
这些材料具有较高的熔点和热稳定性,能够在高温下保持较好的力学性能。
其次,采用适当的工艺措施。
材料的蠕变性能研究及其应用材料的蠕变性能是指材料在长时间高温和持续应力下可能发生的形变现象。
它在工程设计和材料选择中具有重要的意义。
本文将分析材料的蠕变性能研究,探讨其应用领域,并介绍一些相关的实例。
一、蠕变性能研究1. 影响蠕变的因素材料的蠕变性能受多种因素的影响,包括温度、应力、加载时间和材料的化学成分等。
温度是蠕变的主要驱动力,高温会导致材料晶体结构发生改变,从而引起形变。
应力是指材料所受到的外力,而加载时间则是指在一定的温度和应力下所作用的时间。
2. 蠕变性能的测试方法为了研究材料的蠕变性能,科学家们发展了一系列的测试方法。
其中最常见的方法是蠕变实验,通过在高温下对材料施加恒定的力来观察其变形情况。
此外,还有一些间接的测试方法,如热蠕变微观分析和差热分析等。
3. 提高蠕变抗力的方法考虑到材料在高温和应力环境下可能发生的蠕变,科学家们还提出了一系列的方法来提高材料的蠕变抗力。
例如,通过控制材料的成分和晶体结构来提高其抗蠕变能力。
此外,采用表面涂层和添加合适的合金元素也可以改善材料的蠕变性能。
二、蠕变性能的应用1. 高温材料蠕变性能的研究对于高温材料的选择和改良具有重要的意义。
例如,在航空发动机和核能设备等高温环境中,需要使用能够承受长时间高温和持续应力的材料。
通过研究材料的蠕变性能,可以选择出适合特定环境的高温材料,并进行进一步的改良。
2. 地质工程在地质工程中,蠕变性能的研究也具有重要的应用价值。
例如,在地下隧道的建设过程中,需要选择能够承受地下高温和持续应力的材料,以确保隧道的安全性和稳定性。
通过对材料的蠕变性能进行研究,可以为地质工程提供重要的参考依据。
3. 材料设计材料的蠕变性能也对于材料的设计和开发具有指导意义。
通过研究材料的蠕变行为,可以优化材料的组成和结构,以提高其抗蠕变能力。
在材料开发过程中,这种研究方法可以帮助科学家们选择最合适的材料,并对其进行优化设计。
三、实际应用案例1. 航空发动机航空发动机工作时处于高温高压环境下,材料的蠕变性能对其工作性能和寿命有着重要影响。
材料的蠕变行为及其对设计的影响材料蠕变是指在高温或高应力条件下,由于材料的内部结构发生变化而导致的形状和尺寸的持续变形。
这种变形可能对材料的使用具有重大影响,尤其是在工程设计中。
本文将探讨材料蠕变行为的原理以及它对设计的影响。
一、材料蠕变行为的原理材料的蠕变行为主要受以下几个因素的影响:1. 温度:蠕变行为在高温条件下更加明显。
材料的结构在高温下会发生改变,原子之间的键结合会发生断裂和重新排列,导致材料变形。
高温还会引发晶界的互扩散,进一步促进蠕变行为。
2. 应力:外加应力对材料蠕变行为具有直接影响。
较高的应力会加速蠕变变形,而较低的应力则会减缓蠕变行为。
在高应力条件下,原子的位移更加频繁,材料结构更容易改变。
3. 时间:蠕变行为是一个随时间逐渐发展的过程。
在初始阶段,变形速率较高;而在一定时间之后,变形速率逐渐减缓,并趋于稳定状态。
这个时间过程称为蠕变时间。
二、蠕变行为对设计的影响材料的蠕变行为对工程设计具有重要意义,特别是在高温和高应力环境中。
下面将从结构设计、材料选择和安全因素三个方面探讨其影响。
1. 结构设计:在进行工程结构设计时,必须充分考虑材料的蠕变行为。
对于长期受高温和高应力的结构,尺寸的蠕变变化可能导致结构强度降低和失效风险增加。
因此,设计人员需要合理预测和控制蠕变变形,以确保结构的可靠性和安全性。
2. 材料选择:在选择材料时,蠕变行为是重要的考虑因素。
一些材料具有较高的抗蠕变能力,可以在高温和高应力环境下保持较好的稳定性。
对于需要长期使用的工程应用,选用具有良好抗蠕变性能的材料非常关键。
3. 安全因素:在高温和高应力环境下,蠕变变形可能导致结构失效。
因此,在实际工程中,必须对蠕变行为进行全面评估,并制定相应的安全措施。
例如,采取合适的温度控制和减少应力集中的手段,来延缓蠕变行为的发生和发展。
蠕变行为不仅对结构材料具有挑战,也为工程设计提出了新的需求和挑战。
通过深入理解材料蠕变行为的基本原理,并在设计中合理应用,可以最大程度地减少蠕变引起的问题,提高结构的可靠性和稳定性。
为什么在高温下,金属材料会发生蠕变现象?金属材料在高温下会发生蠕变现象,这是材料长时间在应力作用下的缓慢塑性变形。
这种现象与材料的微观结构和原子间的相互作用有关。
以下是对这一问题的详细解答。
一、问题现象:在高温环境下,金属材料会经历一种被称为蠕变的现象。
蠕变是指材料在持续应力作用下,发生的缓慢、连续的塑性变形。
这种变形通常随着应力的增大和时间的推移而增加。
在蠕变过程中,金属材料的形状会发生变化,但它的体积保持不变。
蠕变是金属材料在高温环境下耐久性的关键因素之一。
二、原理上分析:1.微观结构:金属材料的蠕变与它的微观结构密切相关。
在高温下,原子振动加剧,这使得它们更有可能摆脱原本的位置,导致材料的局部变形。
此外,金属材料内部的缺陷,如位错和空位,也会在应力作用下移动和增殖,进一步促进蠕变。
2.原子间的相互作用:金属原子间的相互作用是蠕变的重要因素。
在高温下,原子间的振动加剧,使得它们之间的相互作用力变得不稳定。
这种不稳定的相互作用使得原子更容易移动,从而导致蠕变。
此外,金属材料的晶界和界面也是原子移动的重要区域,这些区域的弱结合力使得材料更易发生蠕变。
3.时间效应:金属材料的蠕变通常随着时间的推移而增加。
这是因为随着时间的推移,原子在应力的作用下不断移动和重新排列,使得材料的变形逐渐增大。
这种时间效应在高温环境下尤为显著。
三、总结答案:金属材料在高温下发生蠕变现象,主要归因于其微观结构和原子间的相互作用。
在高温环境下,原子的振动加剧,使得它们更易摆脱原本的位置进行移动,同时也使得原子间的相互作用变得不稳定。
此外,金属材料的晶界和界面也为原子移动提供了有利的环境。
蠕变是金属材料在高温环境下耐久性的关键因素之一,它通常随着时间的推移而增加。
为了提高金属材料的抗蠕变性,通常需要从微观结构、成分和热处理等方面进行优化设计。
材料力学中的蠕变行为分析材料力学是研究物体在外力作用下的力学性能和变形规律的科学分支。
其中,蠕变行为是材料力学中一个重要且复杂的研究内容。
本文将重点分析材料力学中的蠕变行为及其分析方法。
一、蠕变行为的基本概念蠕变是指固体材料在一定温度、应力和时间条件下,随时间的延长而发生的持续性变形现象。
在蠕变过程中,材料的形状、尺寸和性能发生不可逆的变化。
二、蠕变行为的特点1. 时间依赖性:蠕变是一种时间持续性变形,其变形速率与时间有关。
2. 应力依赖性:蠕变速率与应力大小成正比,应力越大,蠕变速率越快。
3. 温度依赖性:蠕变速率与温度呈指数关系,温度升高时,蠕变速率增加。
4. 蠕变可逆性:蠕变变形是一种不可逆过程,受到负载终止后,仍然会发生恢复变形,即蠕变现象。
三、蠕变行为的分析方法1. 经验模型法这种方法是根据实验数据建立的一种经验公式,通过试验获取蠕变变形数据,然后利用统计方法进行曲线拟合,得到适用于该材料的蠕变模型。
常用的经验模型包括Norton-Bailey模型、Garofalo模型等。
2. 经典理论法经典理论法是从材料微观结构和力学行为出发,通过数学推导建立蠕变方程,并求解该方程得到蠕变应变和蠕变速率。
常用的经典理论方法有Maxwell模型、Kelvin模型等。
3. 统计学方法统计学方法是基于大量试验数据的统计分析,通过对蠕变数据的分布规律进行研究,得出蠕变行为的统计学参数,包括蠕变寿命、蠕变应变与应力的关系等。
四、蠕变行为的影响因素1. 温度:温度是影响蠕变行为的重要因素,温度升高会导致蠕变速率增加。
2. 应力:应力越大,蠕变速率越快。
3. 材料结构:材料的晶格结构、缺陷和位错等也会对蠕变行为产生影响。
4. 环境条件:气氛中存在的含氧量、湿度等环境条件也会对蠕变行为产生影响。
五、蠕变行为的应用蠕变行为分析在材料研究及工程应用中具有重要意义。
例如,在航空航天领域中,蠕变行为的研究有助于材料的选取和设计;在核工程中,蠕变行为的分析可用于预测材料的寿命和安全性能等。
蠕变的三种形变蠕变是指固体材料在保持应力不变的条件下,应变随时间延长而增加的现象。
蠕变过程主要包含以下三种形变:一、瞬时弹性形变1. 概念- 在施加应力的瞬间,材料会发生弹性形变,这与材料的弹性性质有关。
这种形变符合胡克定律,应力与应变成正比,即σ = Evarepsilon(其中σ为应力,E为弹性模量,varepsilon为应变)。
- 例如,对于金属材料,当施加一个拉力时,原子间的距离会瞬间发生弹性变化,就像拉伸弹簧一样,一旦外力消失,这种形变能够完全恢复。
2. 特点- 发生迅速,在应力施加的同时就产生。
- 形变程度与所施加的应力大小成正比。
- 具有完全可逆性,当应力去除后,材料能够立即恢复到原来的形状和尺寸。
二、粘性流动形变1. 概念- 随着时间的推移,在应力持续作用下,材料内部的原子或分子会像流体一样发生缓慢的相对滑动,这种形变类似于流体的粘性流动。
- 从微观角度来看,对于聚合物材料,链段之间会逐渐发生相对位移。
例如,在高温和长时间应力作用下的沥青,就会表现出明显的粘性流动。
2. 特点- 与时间有关,随着时间的增加,粘性流动形变不断增大。
- 应力与应变速率成正比,符合牛顿粘性定律σ=eta(dvarepsilon)/(dt)(其中eta为粘度)。
- 这种形变是不可逆的,一旦发生了粘性流动形变,即使应力去除,材料也不能恢复到原来的形状。
三、塑性形变(永久形变)1. 概念- 当应力超过材料的屈服强度时,材料会发生不可恢复的永久性形变。
在蠕变过程中,随着时间的增加,材料内部的位错等缺陷不断运动、增殖,导致材料产生塑性变形。
- 例如,金属材料在高温下承受一定应力时,位错会克服晶格阻力而移动,使材料发生形状改变,如金属在高温下被拉伸时,会逐渐变细变长,这种形变在应力去除后不会消失。
2. 特点- 不可逆性,是材料内部结构永久性改变的结果。
- 通常与材料的屈服行为相关,只有当应力达到一定水平才会显著发生。
蠕变变形过程蠕变是指一种材料在受力的作用下,逐渐发生形变的现象。
蠕变变形过程中,材料的形状、体积或结构会发生改变,常见于高温、高压的环境中。
本文将详细介绍蠕变变形的原理、机理及其应用领域。
蠕变变形的原理是在外力作用下,材料微观结构的位移和变形产生,进而引起宏观形状或体积的变化。
在常温下,材料的变形主要是由于原始结构中的缺陷或晶界滑移引起的。
而在高温下,材料的变形主要是由于材料组分的扩散和晶粒的再排列引起的。
蠕变变形的机理主要有三种:晶粒滑移、平移扩散和体扩散。
晶粒滑移是指晶体内原子之间的相互迁移,以维持材料的相对稳定状态。
平移扩散是指材料中原子之间的迁移,其速度取决于温度、应力和材料的组分。
体扩散是指材料中组分的迁移,它会引起晶界移动和晶粒长大。
在蠕变变形过程中,存在着变形率和应力的关系。
经验表明,在高温下,短时间内的应力对变形的影响较小;而在长时间内,应力会导致材料发生蠕变变形,且变形率与应力呈指数关系。
此外,温度和时间也是影响蠕变变形的重要因素。
较高的温度和较长的时间都会加速蠕变变形的进程。
蠕变变形在许多工程领域都有着广泛的应用。
在材料加工中,蠕变变形被用于热加工、塑性成形和材料改性等工艺过程中,可以实现复杂形状的制造。
在航天航空领域,蠕变变形的研究使得航空发动机和航天器材料能够在高温高压环境下正常运行。
在能源领域,蠕变变形被用于提高材料的热稳定性和耐久性,以延长能源设备的使用寿命。
蠕变变形的研究仍然面临着一些挑战。
首先,理论模型的建立和验证需要大量的实验数据,但蠕变变形是一个耗时漫长的过程,数据的获取十分困难。
其次,蠕变变形的机理和影响因素非常复杂,需要综合考虑热力学、力学和材料科学等多个领域的知识。
最后,蠕变变形的机理和应力的关系依然存在很多未解之谜,需要进一步的研究和探索。
总之,蠕变变形是一个重要的材料学问题,它在高温高压环境下广泛存在,对材料的性能和可靠性产生着重要影响。
通过深入研究蠕变变形的机理和应用,可以为材料的设计和开发提供重要的科学依据,为实际工程应用带来更大的效益。
蠕变定义
蠕变(creep)(缓慢变形) (德语名:kriechen)
蠕变:固体材料在保持应力不变的条件下,应变随时间延长而增加的现象。
它与塑性变形不同,塑
蠕变曲线
性变形通常在应力超过弹性极限之后才出现,而蠕变只要应力的作用时间相当长,它在应力小于弹性极限时也能出现。
岩石在地质条件下的蠕变可以产生相当大的变形而所需要的应力却不一定很大。
蠕变随时间的延续大致分3个阶段:①初始蠕变或过渡蠕变,应变随时间延续而增加,但增加的速度逐渐减慢;②稳态蠕变或定常蠕变,应变随时间延续而匀速增加,这个阶段较长;③加速蠕变,应变随时间延续而加速增加,直达破裂点。
应力越大,蠕变的总时间越短;应力越小,蠕变的总时间越长。
但是每种材料都有一个最小应力值,应力低于该值时不论经历多长时间也不破裂,或者说蠕变时间无限长,这个应力值称为该材料的长期强度。
岩石的长期强度约为其极限强度的2/3。
蠕变条件
蠕变机制有扩散和滑移两种。
在外力作用下,质点穿过晶体内部空穴扩散而产生的蠕变称为纳巴罗-赫林蠕变;质点沿晶体边界扩散而产生的蠕变称为柯勃尔蠕变。
由晶内滑移或者由位错促进滑移引起的蠕变称为滑移蠕变,也称魏特曼蠕变。
蠕变作用解释了岩石大变形在低应力下可以实现的原因。
蠕变在低温下也会发生,但只有达到一定的温度才能变得显著,称温度为蠕变温度。
对各种金属材料的蠕变温度约为0.3Tm,Tm为熔化温度,以热力学温度表示。
通常碳素钢超过300-350℃,合金钢在400-450℃以上时才有蠕变行为,对于一些低熔点金属如铅、锡等,在室温下就会发生蠕变。
改善蠕变方法
改善蠕变可采取的措施有:
1.高温工作的零件要采用蠕变小的材料制造,如耐热钢等;
2.对有蠕变的零件进行冷却或隔热;
3.防止零件向可能损害设备功能或造成拆卸困难的方向蠕变。
铸造砂型(砂芯)起模后的变形叫蠕变。
如:酯固化水玻璃自硬砂砂型(芯)起模后常发生蠕变。
改善蠕变可采取的措施有:尽可能缩短可使用时间;用复合固化剂;砂型强度允许条件下少加水玻璃;适当增加固化剂加入量;鼓热风强制硬化。