（2）be段为蠕变第II阶段，此阶段蠕变速度基本不变，为恒速（稳定）蠕变阶段。
此时的蠕变速度称最小蠕变速度，即通常所谓的蠕变速度，其蠕变量为：
8=St
（3）cd段为蠕变第III阶段，为加速蠕变阶段。
此时材料因产生颈缩或裂纹而很快于d点断裂。
蠕变断裂时间及总变形量为t如。
第II阶段的蠕变速度J及玷持久断裂时间）、玷持久断裂塑性）是材料高温力学性能的重要指标。
蠕变曲线与应力、温度有关；应力小、温度低时，蠕变速率低、第II阶段长；应力增加、温度升高后，第II阶段变短、甚至消失。
金属和陶瓷材料的蠕变变形机制
1・位错滑移蠕变
塑性变形-＞位错滑移一＞塞积、强化、更大切应力下才能重新运动-＞变形速度减小；
在高温下，靠热激活和空位扩散来进行一＞刃位错发生攀移一＞位错在新的滑移面上运动-＞位错源再次开动、使蠕变得以不断发展（动态回复过程）T蠕变速度增大。
第I阶段，材料因变形而强化，阻力增大，速率减小。
第II阶段，材料强化与动态回复共存，达到平衡，蠕变速率维持不变。
弥散质点
（a）
刃型位错攀移克服障碍的模型
移面上的异号位错反应（c）形成小角晶界
（d）消失于大角晶界
扩散蠕变机理
2.扩散蠕变
发生在77：
>0.5的情况下，是大量原子和空位的定向移动的结果。
无外力作用下，原子和空位的移动无方向性，材料无塑性变形。
有外力作用时，拉应力下的晶界产生空位，而压应力作用下的晶界空位浓度小，因此空位由拉应力晶界向压应力晶界迁移，致使晶体产生伸长的蠕变。
扩散途径：
（1）空位沿晶内流动，Nabarro-herring机制；
（2）沿晶界流动，Coble机制。
3.晶界滑动蠕变
高温下（T/Tm>0・5）,晶界上的原子易扩散，受力后发生滑动，促进蠕变；
多晶陶瓷中存在大量晶界，晶界是低熔点氧化物聚集之处，易于形成玻璃相。
在温度较高时，晶界粘度迅速下降。
外力导致晶界粘滞性流动，发生蠕变。
晶界形变在高温时很显著，甚至能占总蠕变变形量的一半，晶界的滑动是通过晶界的滑移和迁移来进行的。
应力松弛
在规定温度和初始应力条件下，金属材料的应力随时间增加而减小的现象称为应力松弛。
应力松弛是应力不断降低条件下的蠕变过程。
应力和温度对蠕变曲线的影响
蠕变断裂机理
1•楔形裂纹
拉应力
楔形空洞的形成
2.
由空洞形成晶界裂纹（较低应力和较高温度）
图7・8空位聚集形成空洞示意图
图7・7晶界曲折和夹杂物处空洞形成示意图
空洞形成示意图
空位聚积形成空洞示意图
（X）80604020
Ol_
10f
10~5
IO-4蠕变速率/（%・h“）
10-2
12CrlMoV钢的（7—e曲线
第二节高温力学性能指标
1.蠕变极限
2.持久强度极限
3.剩余应力与应力松弛
4.影响因素
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。
蠕变极限一般有两种表示方法：
1）在给定温度「下，使试样产生规定蠕变速度的应力值，以符号b；（MPa）表示（其中©为第II阶段蠕变速度，%/h）o
例如：
表示在600°C的条件下，蠕变速度为1x10-5%/h的蠕变极限为600MPa。
2）在给定温度巧口在规定的试验时间（「小时）内，使试样产生一定蠕变变形量（6,%）的应力值，以符号表示。
例如：
J需=ioomm表示在600°C的条件下，10万小时后伸长率为1%的蠕变极限为100MPao
edl/wtfi
持久强度曲线及其转折现象（示意图）
持久强度
材料在高温下的变形抗力与断裂抗力也是两种不同的性能指标。
对于高温材料除测定蠕变极限外，还必须测定其在高温长时载荷作用下抵抗断裂的能力，即持久强度。
材料的持久强度，是在给定温度「下，恰好使材料经过规定的时间（/）发生断裂的应力值，以（MPa）表示。
T
如：
某材料在700°C承受30MPa的应力作用，经1000h后断裂，则称这种材
料在700°C>1000h的持久强度为30MPa,写成=30MPao
lxlO3
持久强度的测定
持久强度一般通过作持久试验测定，只要测定试样在给定温度和一定应力作用下的断裂时间。
（1）对于设计寿命为数百至数千小时的机件，可以直接用同样时间的试验来确定。
（2）对于设计寿命为数万以至数十万小时的机件，一般做出一些应力较大、断裂时间较短的试验数据，画在igMga坐标图上，联成直线，用外推法
（时间不超过一个数量级）求出数万以至数十万小时的持久强度。
由持久强度试验，测量试样在断裂后的伸长率及断面收缩率，还能反映出材料在高温下的持久塑性。
剩余应力
金属材料抵抗应力松弛的性能称为松弛稳定性，可以通过应力松弛试验测定的应力松弛曲线来评定。
剩余应力W是评定金属材料应力松弛稳定性的指标。
剩余应力
时间/
应力松弛曲线
应力松弛
零件或材料在总应变保持不变时，其中的应力随着时间延长而自行降低的现象，叫做应力松弛。
应力松弛可分为三个阶段：
1.第I阶段：
在开始阶段应力下降很快；
2.第II阶段：
应力下降逐渐减缓的阶段；
3.松弛极限：
在一定的初应力和温度下，不再继续发生松弛的剩余应力；
其原因是由于随时间增长，一部分弹性变形转变为塑性变形，即弹性应变不断减小，所以零件中的应力相应地降低。
应力松弛看作是应力不断降低时的“多级”蠕变。
松弛曲线
金属材料的应力松地
高温条件下金属材料会出现明显的应力松弛现象，如高温条件工作的紧固螺栓和弹簧都会发生应力松弛现象。
零件总应变可写作弹性应变％和塑性应变知之和，即:
S=8e+£卩=常数
应力松弛曲线：
是在给定温度和总应变条件下，应力随着时间的变化曲线。
松弛稳定性：
金属材料抵抗应力松弛的性能。
常用金属材料在一定温度巧口一定初应力作用下，经规定时间f后的“残余应力”O的大小作为松弛稳定性的指标。
蠕变极限和持久强度的影响因索
由蠕变断裂机理可知：
1）要降低蠕变速度提高蠕变极限，必须控制位错攀移的速度；
2）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。
（一）合金化学成分的影响
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。
1.熔点愈高的金属（Cr、W、Mo、Nb）,自扩散愈慢；
2.层错能降低，易形成扩展位错，位错难以交滑移、攀移；
3.弥散相能强烈阻碍位错的滑移与攀移；
4.能增加晶界扩散激活能的添加元素（如硼及稀土）,则既能阻碍晶界滑动,又增大晶界裂纹的表面能。
5•面心立方结构的材料比体心立方结构的高温强度大。
（-）冶炼工艺的影响
1.降低夹杂物和冶金缺陷的含量；
2.通过定向凝固工艺，减少横向晶界，提高持久强度，因为在横向晶界上容易产生裂纹。
（三）热处理工艺的影响
1.珠光体耐热钢一般采用正火加高温回火工艺。
回火温度应高于使用温度100-150°C以上，以提高其在使用温度下的组织稳定性。
2•奥氏体耐热钢或合金一般进行固溶处理和时效，使之得到适当的晶粒度,并改善强化相的分布状态。
3.采用形变热处理改变晶界形状（形成锯齿状），并在晶内形成多边化的亚晶界，则可使合金进一步强化。
（四）晶粒度的影响
1.晶粒大小：
当使用温度低于等强温度时，细晶粒钢有较高的强度；当使用温度高于等强温度时，粗晶粒钢及合金有较高的蠕变抗力与持久强度。
但是晶粒太大会使持久塑性和冲击韧性降低。
2.晶粒度不均匀：
在大小晶粒交界处出现应力集中，裂纹就易于在此产生而引起过早的断裂。
升级会员 