Ti-600合金蠕变性能及硅对其蠕变性能的影响
第３１卷２０１４年
第４期
８月
Ｖｏｌ畅３１Ａｕｇｕｓｔ Ｎｏ畅４
２０１４
Ｔｉ－６００合金蠕变性能及硅对其蠕变性能的影响
白保良，曾 光，戚运莲，洪 权，朱梅生
（西北有色金属研究院，陕西 西安 ７１００１６）
摘 要：研究了Ｔｉ－６００合金在３种温度（５５０、６００、６５０℃）、５种应力（１５０、２００、２５０、３００、３５０ＭＰａ）下的蠕变性能，并分析了硅化物对合金蠕变性能的影响。研究结果表明，Ｔｉ－６００合金具有较小的稳态蠕变速率及较大的蠕变激活能，反映出该合金具有较好的蠕变抗力。当温度升高、应力增大时，Ｔｉ－６００合金的稳态蠕变速率增大。６００℃下，当蠕变应力高达３５０ＭＰａ时，Ｔｉ－６００合金的稳态蠕变速率低至３畅７２×１０
－７
ｓ－１
。Ｔｉ－６００合金的蠕变激活能最高可达５７４畅６
ｋＪ?ｍｏｌ－１
，最低为３３２畅７ｋＪ?ｍｏｌ－１
。在蠕变过程中，Ｔｉ－６００合金内析出了Ｓ２型（ＴｉＺｒ）６Ｓｉ３硅化物，能够钉扎位错、阻碍位错滑移，提高合金的蠕变抗力。
关键词：Ｔｉ－６００合金；稳态蠕变速率；蠕变激活能；硅化物
ＣｒｅｅｐＰｒｏｐｅｒｔｙａｎｄＩｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆＳｉｌｉｃｉｄｅｏｎｔｈｅＣｒｅｅｐＰｒｏｐｅｒｔｙｆｏｒＴｉ－６００Ａｌｌｏｙ
ＢａｉＢａｏｌｉａｎｇ，ＺｅｎｇＧｕａｎｇ，ＱｉＹｕｎｌｉａｎ，ＨｏｎｇＱｕａｎ，ＺｈｕＭｅｉｓｈｅｎｇ
（ＮｏｒｔｈｗｅｓｔＩｎｓｔｉｔｕｔｅｆｏｒＮｏｎｆｅｒｒｏｕｓＭｅｔａｌＲｅｓｅａｒｃｈ，Ｘｉ’ａｎ７１００１６，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＣｒｅｅｐｔｅｓｔｓｗｅｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｏｎＴｉ－６００ａｌｌｏｙａｔｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆ５５０℃，６００℃，６５０℃，ａｎｄｗｉｔｈｔｈｅｓｔｒｅｓｓｏｆ１５０ＭＰａ，２００ＭＰａ，２５０ＭＰａ，３００ＭＰａａｎｄ３５０ＭＰａ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．ＣｒｅｅｐｐｒｏｐｅｒｔｙｏｆＴｉ－６００ａｌｌｏｙａｎｄｉｎ－
ｆｌｕｅｎｃｅｏｆｓｉｌｉｃｉｄｅｏｎｔｈｅｃｒｅｅｐｐｒｏｐｅｒｔｙｆｏｒｔｈｅａｌｌｏｙｗｅｒｅａｌｓｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｖａｌｕｅｏｆｓｔｅａｄｙｓｔａｔｅｃｒｅｅｐｒａｔｅｉｓｓｍａｌｌ，ａｎｄｔｈｅａｃｔｉｖａｔｉｏｎｅｎｅｒｇｙｉｓｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｈｉｇｈ，ｗｈｉｃｈｍｅａｎｓｔｈｅａｌｌｏｙｐｏｓｓｅｓｓｅｓｆａｖｏｒｉｔｅｃｒｅｅｐｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ．Ｔｈｅｓｔｅａｄｙｓｔａｔｅｃｒｅｅｐｒａｔｅｗｉｌｌｉｎｃｒｅａｓｅｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅｍｅｎｔｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｓｔｒｅｓｓｄｕｒｉｎｇｔｈｅｃｒｅｅｐｐｒｏｃｅｓｓ．Ａｎｄｔｈｅｓｔｅａｄｙｓｔａｔｅｃｒｅｅｐｒａｔｅｉｓａｓｌｏｗａｓ３畅７２×１０
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ｃｉｐｉｔａｔｅｄＳ２ｔｙｐｅｄｓｉｌｉｃｉｄｅｓ（（ＴｉＺｒ）６Ｓｉ３），ｔｈｅｎｔｈｅｍｏｔｉｏｎｏｆｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎｓｗｏｕｌｄｂｅｈｉｎｄｅｒｅｄ，ｗｈｉｃｈｈａｓｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎｔｏｔｈｅｈｉｇｈｅｒｃｒｅｅｐｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ａｎｄｔｈｅｈｉｇｈｅｒｖａｌｕｅｓｏｆａｃｔｉｖａｔｉｏｎｅｎｅｒｇｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｔｉ－６００ａｌｌｏｙ；ｓｔｅａｄｙｓｔａｔｅｃｒｅｅｐｒａｔｅ；ａｃｔｉｖａｔｉｏｎｅｎｅｒｇｙ；ｓｉｌｉｃｉｄｅ
收稿日期：２０１４－０２－２６
基金项目：陕西省重点科技创新团队计划“钛合金研发创新团
队”（２０１２ＫＣＴ－２３）
通信作者：白保良（１９６６—），男，高级工程师。
０ 引 言
Ｔｉ－６００合金名义成分为Ｔｉ－６Ａｌ－２畅８Ｓｎ－４Ｚｒ－０畅５Ｍｏ－
０畅４Ｓｉ－０畅１Ｙ，是西北有色金属研究院研发的一种可在６００℃使用的近α型高温钛合金
［１－３］
，主要用做
先进发动机的压气机轮盘和叶片，其使用环境要求合金具有较高的蠕变抗力及较小的蠕变塑性应变
［４］
。
蠕变通常是指物体在低于屈服强度的恒定应力作用
下，应变随着时间的延长而增长的流变现象。研究表明，限制高温钛合金发展与应用的主要障碍是６００℃高温环境下钛合金蠕变抗力的急剧下降，不足以满足发动机等零部件对合金材料的要求［２，５］
。
Ｓｉ是高温钛合金重要的添加元素之一，适宜的
添加量为０～０畅５％
［６］
，一般固溶于合金中或是以化
合物的形式存在，前者产生的固溶强化作用对合金蠕变性能的提高有很大贡献。高温钛合金中主要存在两种六方结构的硅化物，一种是Ｓ１型的Ｔｉ５Ｓｉ３，另一种是Ｓ２型的Ｔｉ６Ｓｉ３
［３］
。加入Ｓｎ、Ｚｒ等合金元素
材料的高温蠕变
材料的高温蠕变相关的理论解释和材料蠕变的因摘要：从蠕变的定义，金属材料在高温下蠕变的形成机理，陶瓷以及镁质耐火材料提高A1素等几个方面阐述了材料的 高温蠕变现象。其中也对多晶O3 2 抗蠕变性能给予介绍，解释。陶瓷；抗蠕变性能A1O关键词：高温蠕变；蠕变机理；多晶 32 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， 为定常蠕变所示：III为非定常蠕变阶段，应变率随时间的增加而减小；如图2t 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r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。通常，时刻发生断裂。甚至不出现第三阶段则蠕变的第二阶段(Ⅱ)持续较久，若应力较小或温度较低，对应的蠕变曲线；相反，若应力较大或温度较高，则中1 （Ⅲ），如图 中对应的蠕变曲线。蠕变的第二阶段（Ⅱ）较短，甚至不出现，如图1
迟滞比较器
迟滞比较器单门限电压比较器虽然有电路简 单、灵敏度高等特点，但其抗干 扰能力差。例如，在单门限电压v中含XX_01中，当比较器的图I有噪声或干扰电压时，其输入和所示，输出电压波形如图XX_01VvV附近出现干扰，由于在==REFthI VvV，导致将时而为，时而为OLOOH比较器输出不稳定。如果用这个v去控制电机，将出现输出电压O频繁的起停现象，这种情况是不允许的。提高抗干扰能力的一种方案是采用迟滞比较器。．电路组成1迟滞比较器是一个具有迟滞回环所示为特性的比较器。图XX_02aXX_01 图反相输入迟滞比较器原理电路，它是在反相输入单门限电压比较 器的基础上引入了正反馈网络，如其传输特性如图XX_02b所示。Vv位置互换，就可组成将与REFI同相输入迟滞比较器。 (a) 2．门限电压的估算 由于比较器中的运放处于开环状态或正反馈状态，因此一般情况vv不下，输出电压与输入电压IO成线性关系，只有在输出电压发生跳变瞬间，集成运放两个输入(b) 端之间的电压才可近似认为等于图XX_02 零，即 （1）或
设运放是理想的并利用叠加原理，则有 （2） word 编辑版． vVVVV和下门限电压的不同值（根据输出电压），可求出上门限电压或TOLOT+–OH分别为 （3） （4） 门限宽度或回差电压为 （5） ，则由式(3)~(5)XX_02a所示，且可求得设电路参数如图 ，和。 3．传输特性 开始讨论。设从，和 vvv增加当由零向正方向增加到接近前，不变。当一直保持IOI
vVvVV下跳到下跳到，到略大于。再增加，，则同时使由POLOHOI v保持不变。O vv不变，将始终保持只有当，则若减小，只要oI V。其传输特性如图XX_02b跳到所示。时，才由OH v的变化而改变的。由以上分析可以看出，迟滞比较器的门限电压是随输出电压o它的灵敏度低一些，但抗干扰能力却大大提高了 （此文档部分内容来源于网络，如有侵权请告知删除，文档可自行编辑修改内容，供参考，感谢您的配合和支持） word 编辑版． word 编辑版．
蠕变机理
镁质耐火材料高温蠕变特性的研究现状 张国栋1）游杰刚1）刘海啸1）罗旭东1）袁政禾2） 1）辽宁科技大学鞍山114044 2）鞍钢集团耐火材料公司鞍山114001 摘要：本文介绍了镁质材料高温蠕变特性的研究现状，并对镁质耐火材料的高温蠕变特性的理论进行了阐述，同时指出了将镁质蓄热材料用在高炉热风炉上的可行性。 关键词：镁质材料蠕变特性研究现状 1、引言 高炉生产的大型化发展，要求热风炉向着高风温和长寿命的方向发展，为了实现这一目标，除了热风炉本体的大型化与更合理的结构以外，作为热风炉中的关键材料之一——蓄热材料的发展将直接影响到热风炉的使用温度和使用寿命。而高炉热风炉对耐火材料的要求是：蓄热体各层材料的选择必须要在相应的使用温度下有很好的抗压，蠕变性能，抗碱金属蒸气与烟尘侵蚀性能，抗温度急变而不破坏的性能；蓄热体砖要有足够高的换热表面积以及有利于热交换的几何形状；蓄热体材质要尽可能高的导热系数以及材料体积比热容。 目前，我国采用以Al2O3-SiO2系材料的系列低蠕变砖，在热风炉的顶部和隔墙及蓄热室的上部采用优质硅砖，中部应用不同牌号的低蠕变高铝砖，下部采用低蠕变粘土砖。镁质材料与高铝质和硅质材料相比具有良好的蓄热性能和热导率以及很强的抗渣侵蚀性能；这些特点有利于热风炉的高炉的大风量高风温的操作和降低高炉焦比，提高高炉利用系数，增加生铁产量。但是，镁质材料的热震性能差、抗压蠕变性能不好，因此限制了这类材料在热风炉上的使用。所以，提高和改善镁质材料的这两方面性能是将镁质材料应用到热风炉上的关键。因此研究镁质材料的高温蠕变性能对扩大我国镁资源综合利用和炼铁产业有着重大的意义。 2、蠕变理论 高温蠕变理论是在对多种金属所作的完整的蠕变试验的基础上建立起来的。材料的高温蠕变是指材料在恒定的高温和一定的荷重作用下，产生的变形和时间的关系[1]。由于施加的载荷不同，耐火材料的高温蠕变可以分为高温压缩蠕变、高温拉伸蠕变、高温抗折蠕变、高温扭转蠕变等。其中压缩蠕变和抗折蠕变
加载速率对SAC系列焊点蠕变性能影响的研究
加载速率对SAC系列焊点蠕变性能影响的研究 【摘要】随着微电子封装技术的不断发展，焊点的 形式以及焊点所用无铅钎料的种类愈发繁多，从而使得对焊点力学性能的考察尤为重要。在所有对焊点性能的考察中抗蠕变性能是一项重要的考察项目，本篇文章通过实验和有限元数值模拟两种方法加载速率对焊点抗蠕变性能的影响。对 SAC系列钎料焊点进行纳米压痕实验及模拟，获得载荷-深度曲线、时间-深 度曲线，以及时间-蠕变速率曲线。结果表明：蠕变的速率并不是恒定 的，随着加载速率的增大，钎料的蠕变程度以及蠕变速率依次增大，并逐渐减小，最终趋近于零。 关键词】蠕变；纳米压痕；有限元模拟；焊点；加载 速率 0 序言电子器件服役时，相对于服役的环境温度，焊料自身熔 点较低，随着时间的延续，产生明显的焊点蠕变损伤。由于蠕变性能对于高温材料的使用至关重要，是影响焊点失效行 为及焊点可靠性的重要因素。因此，研究材料的蠕变性能是 微电子封装焊接研究中个重要的部分[1-3]。 但在实际测量中，对于微电子封装焊点这类本身体积很 小的测量件，由于钎料属于软金属，并且在加工钎焊后会产 生明显的尺寸效应，各种性能受尺寸的影响明显不同于传统焊接。所以对于微电子封装焊点只能通过纳米压痕蠕变来获得其蠕变性能参数。 在过往研究中，已有过研究剪切力大小、饱载时间、加 载方式对焊点蠕变性能的影响；而本文借助纳米压痕仪及先
进的有限元计算机模拟软件对SAC系列钎料（Sn-3Ag-0.5Cu Sn-0.3Ag-0.7Cu Sn-0.3Ag-0.7Cu-0.07La）焊点进行一次加载 卸载纳米压痕实验、模拟，得到载荷-深度曲线（load-depth 曲线），通过对实验数据的分析获得焊点蠕变程度及蠕变速率在加载速率影 响下的变化规律。 1纳米压痕及有限元分析理论 1.1纳米压痕法纳米压痕法主要通过测量加载、卸载过程中压头作用 力 与载荷深度得到的加卸载曲线来获得样品的硬度与弹性模量等力学性能参 数。进行纳米压痕测试时压头需垂直于样品被压面，等压头接触试样表面后 开始加载，直至加载到最大值后再缓慢卸载，实时检测压头压入位移随载荷的变化。测试的结果是一组载荷-位移曲线，通过对load-depth 曲线进行物理反解析计算能获得材料的弹性模量、硬度及蠕变应变速率敏感指数等力学性能参数。 般来说，纳米压痕仪用于测量硬度H和弹性模量E是两个钎料的基本力学参数，它们对于研究一种钎料的力学性
第23例 材料蠕变分析实例
第23例材料蠕变分析实例—受拉平板本例简单地介绍了蠕变的概念及蠕变材料模型的创建方法，简单地介绍了结构蠕变分析的方法、步骤及要点。 23.1蠕变简介 蠕变是指金属材料在长时间的恒温、恒载作用下，持续发生缓慢塑性变形的行为，大多数金属材料在高温下都会表现出蠕变行为。 如果材料发生了蠕变，在恒载作用下结构会发生持续变形；如果结构承受恒位移，则应力会随时间而减小，即产生应力松弛。 图23-1 蠕变曲线 蠕变一般分为蠕变初始阶段（Primary）、蠕变稳定阶段（Secondary）和蠕变加速阶段(Tertiary)三个阶段，如图23-1所示。蠕变初始阶段时间很短，应变率随时间而减小；在蠕变稳定阶段，应变以常速率发展；在蠕变加速阶段，应变率急剧增大直至材料失效。研究蠕变行为，主要针对蠕变初始阶段和蠕变稳定阶段。 研究问题时一般以蠕变方程（又称本构关系）来表征蠕变行为，蠕变方程以蠕应变率的，形式表示dεcr/dt =AσBεC t P式中，εcr为蠕应变。A、B、C、D是由实验得到的材料特性参数。当D<0时，蠕应变率随时间减小，材料处于蠕变初始阶段；当D=0时，蠕应变率不随时间变化，材料处于蠕变稳定阶段。
在ANSYS中，有一个蠕应变率库供选择。 23.2问题描述 一矩形平板，左端固定，右端作用有恒定压力p=100MPa，矩形平板尺寸如图23-2所示，材料的弹性模量为2xl05MPa，泊松比为0.3，蠕变稳定阶段蠕变方程dεcr/dt =C1σC2。C2，式中，C1=3.125 x10-14，C2=5。试分析平板右端的位移随时间的变化情况。 提示：为避免出现较小值，力单位用N，长度单位用mm，时间单位为h。 图23-2受拉矩形平板 23.3分析步骤 23.3.1改变任务名 拾取菜单Utility Menu→File→Change Jobname，弹出如图23-3所示的对话框，在“[/FJLNAM]”文本框中输入EXAMPLE23，单击“OK”按钮。 图23-3改变任务名对话框 23.3.2选择单元类型 拾取菜单Main Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit／Delete，弹出如图23-4所示的对话框，单击“Add…”按钮，弹出如图23-5所示的对话框，
对蠕变的初步认识
对蠕变的初步认识 温度对金属材料力学性能的影响很大，随着温度升高，材料的强度降低而塑性增加；而材料在高温下，载荷持续时间对力学性能也会产生影响。因此，在高温下工作的材料，其力学性能与温度和时间两个因素有关。所谓高温，是指金属 的服役温度超过了它的再结晶温度约0.4~0.5T m ，T m 是金属的熔点。在这样的高温 下长时服役的金属，其微观结构、形变和断裂机制都会发生变化，在宏观上则会出现高温蠕变、持久断裂、应力松弛、高温腐蚀等现象。 材料在恒定应力作用下，其应变随时间的延长而逐渐增加的现象称为蠕变。由于蠕变而导致的断裂称为蠕变断裂。金属在低温下也会产生蠕变，但通常只有当温度升高到0.3T m 以上时，蠕变现象才会比较显著。金属在高温下还会发生应力松弛现象，即在保持应变恒定的情况下，应力随着时间延长而减小的现象。由于蠕变和应力松弛的发生，应力和应变之间已不是单值的对应关系，而必须考虑温度和时间的影响。 温度对金属材料力学性能的影响很大，随着温度升高，材料的强度降低而塑性增加；而材料在高温下，载荷持续时间对力学性能也会产生影响。因此，在高温下工作的材料，其力学性能与温度和时间两个因素有关。所谓高温，是指金属 的服役温度超过了它的再结晶温度约0.4~0.5T m ，T m 是金属的熔点。在这样的高温 下长时服役的金属，其微观结构、形变和断裂机制都会发生变化，在宏观上则会出现高温蠕变、持久断裂、应力松弛、高温腐蚀等现象。 1. 蠕变曲线 蠕变：材料在恒定应力作用下，其应变随时间的延长而逐渐增加的现象称为蠕变。由于蠕变而导致的断裂称为蠕变断裂。金属在低温下也会产生蠕变，但通常只有当温度升高到0.3T m 以上时，蠕变现象才会比较显著。金属在高温下还会发生应力松弛现象，即在保持应变恒定的情况下，应力随着时间延长而减小的现象。由于蠕变和应力松弛的发生，应力和应变之间已不是单值的对应关系，而必须考虑温度和时间的影响。 蠕变曲线：常载荷条件下的典型单轴蠕变曲线见图1 , 从图中可以看出蠕变的3 个典型阶段: 第一蠕变阶段AB (减速蠕变阶段)，第二蠕变阶段BC (稳定蠕变阶段)，第三阶段蠕变CD(加速蠕变阶段) 。在第二蠕变阶段(稳定蠕变阶段) , 蠕变速率近似为常数; 而在第三蠕变阶段, 蠕变速率逐渐增加,直至试件完全破坏。图1 中εe 代表瞬时弹性(或弹塑性) 应变,εp表示塑性应变,εc代表蠕变应变。
材料的高温蠕变
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，
金属材料蠕变
金属材料蠕变 早期，人们对金属材料强度的认识不足，设计金属构件时仅以短时强度作为设计依据。不少构件，即使使用应力低于弹性极限，使用一段时间后仍然会发生因塑性受形而失效或因破断而失效的现象。随着科学技术的发展，金属材料的使用温度逐步提高，这种矛盾越来越突出。这就使人们进一步认识到材料强度与使用期限之问尚有密切的联系，从而相继开拓了蠕变、蠕变断裂、松弛、疲劳、断裂力学等长时强度研究领域。蠕变则是其中研究最早、内容较丰富而成果较显着的一个领域，成为其他几个研究领域的基础。 金属在持续应力作用下(即使在远低于弹性极限的情况下)会发生缓慢的塑性变形。熔点较低的金属容易产生这种现象；金属所处的温度越高，这种现象越明显。在一定温度下，金属受持续应力的作用而产生缓慢的塑性变形的现象称为金属的蠕变。引起蠕变的这一应力称蠕变应力。在这种持续应力作用下，蠕变变形逐渐增加，最终可以导致断裂，这种断裂称蠕变断裂。导致断裂的这一初始应力称蜕变断裂应力。在有些情况下(特别是在工程上)，把蠕变应力及蠕变断裂应力作为材料在特定条件下的一种强度指标来讨论时，往往又把它们称为蠕变强度及蠕变断裂强度，后者又称为持久强度。蠕变现象的发生是温度和应力共同作用的结果。温度和应力的作用方式可以是恒定的，也可以是变动的。常规的蠕变试验则是专门研究在恒定载荷及恒定温度下的蠕变规律。为了与变动情况相区别，把这种试验称为静态蠕变试验。 蠕变现象很早就被人们发现，远在1905年F. Philips等就开始进行专门研究。最初研究的是铅、锌等低熔点纯金属，因为这些金属在室温下就已表现出明显的蠕变现象。以后逐步研究了较高熔点的铝、镁等纯金属的蠕变现象，进而又研究了铁、镍以至难熔金属钨、铂等的蠕变规律。对纯金属的研究后来又发展到对铁、钴、镍基合金及其他各种高温合金的研究。对这些合金，要求它们在几百度的高温下才能表现出明显的蠕变现象(例如碳钢>0.35Tm，不锈钢>0.4Tm)。 蠕变现象的研究是与工业技术的发展密切相关的。随着工作温度的提高，材料蠕变现象越来越明显，对材料蠕变强度的要求越来越高。不同的工作温度需选用具有不同蠕变性能的材料，因此蠕变强度就成为决定高温金属材料使用价值的重要因素。 蠕变曲线 在恒定温度下，一个受单向恒定载荷(拉或压)作用的试样，其变形e与时间t的关系可用如图9.76所示的典型的蠕变曲线表示。曲线可分下列几个阶段： 图9.76 典型的蠕变曲线 第I阶段：减速蠕变阶段(图中AB段)，在加载的瞬间产生了的弹性变形e0，以后随加载时间的延续变形连续进行，但变形速率不断降低； 第II阶段：恒定蠕变阶段，如图中曲线BC段，此阶段蠕变变形速率随加载时间的延续而保持恒定，且为最小蠕变速率； 第III阶段：曲线上从C点到D点断裂为止，也称加速蠕变阶段，随蠕变过程的进行，蠕变速率显着增加，直至最终产生蠕变断裂。D点对应的tr就是蠕变断裂时间，er是总的蠕变应变量。 温度和应力也影响蠕变曲线的形状。在低温(<0.3Tm)、低应力下(曲线1)实际上不存在蠕变第III阶段，而且第II阶段的蠕变速率接近于零；在高温(>0.8Tm)、高应力下(曲线3)主要是蠕变第III阶段，而第II阶段几乎不存在。
岩土体的蠕变特性研究
岩土体的蠕变特性研究 通常滑坡的发展过程是一个蠕变的过程，变形随时间而不断增加；软弱夹层控制的滑坡变形则主要是随着软弱夹层的蠕变过程，强度随时间不断降低，最终软弱夹层蠕滑导致上部岩层发生滑动从而形成滑坡，所以对软弱夹层蠕变特性的研究非常重要。 标签滑坡；边坡；蠕变特性 1 概述 在实际工程中，岩土的蠕变特性是最受关注的。岩土体及软弱夹层的蠕变特性往往是引起边坡工程及滑坡工程破坏与失稳的主要原因。边坡及滑坡的蠕变是指组成边坡及滑坡的岩体和土体在自重应力以及水平应力为主的作用下，变形随时间而持续增加的性质。产生变形的原因是多方面的，地质作用、地下水流、温度变化、植被作用等都可以产生变形。但就岩土体本身而言导致边坡及滑坡变形与时间有关的变形主要是岩土体蠕变引起的，因此研究岩土体材料的蠕变特性尤其是软弱夹层的蠕变特性极其重要。 2 土体的蠕变特性 岩土体材料的蠕变包括岩石和土的蠕变，由于岩石材料和土体材料在结构特性、材料组成上有较大的差异，所以，岩石的蠕变特性和土体材料相比较，也有较大的区别。人们在实验室内对各种岩体进行了单轴压缩、弯曲、剪切及常规三轴等试验，也对岩体软弱面进行了剪切试验，通过对试验结果进行分析得出不同的受力条件，各类岩土体的蠕变特性不尽相同。 从图1以看出，蠕变过程分为两种情况，第一种情况在应力较低时蠕变过程可能以减速进行，称为衰减蠕变过程见图1（a）；第二种情况在应力较高时，蠕变过程可能加速进行，称为非衰减蠕变过程见图1（b）。在这两种情况下，变形等于受荷载后立即发生的瞬时变形ε0与随时间发展的变形ε（t）之和： 衰减蠕变的过程如图1(a)所示，变形ε(t)以减速发展，速度最后趋向于零，相应地，变形ε(t)趋向于与荷载值相关的某个极限值。 非衰减蠕变过程如图1（b）所示，蠕变曲线包括四个阶段：瞬时变形阶段；初始蠕变阶段；稳定蠕变阶段；加速蠕变阶段。非稳定蠕变阶段的蠕变变形量可以表示为： 其中（1）瞬时蠕变阶段如图1（b）OA段，该段是施加恒定荷载后短时间内产生的瞬时变形，即式（2.2）中的，其值为，为施加的恒定应力，G为岩土体的弹性模量。
焊点高温蠕变性能测试
焊接点高温蠕变性能测试 (1)焊接接头短时高温拉仲强度试验：焊接接头在高温下工作时，其强度、塑性与在常温下工作时有所不同。高温短时拉伸试验按GB 2652-89《焊缝及熔敷金属拉伸试验法》及GB 4338-84《金属高温拉伸试验方法》的规定进行，以求得不同温度下的抗拉强度、屈服点、伸长率及断面收缩率。 (2)焊接接头的高温持久强度试验：在高温下，载荷持续时间对材料力学性能有很大影响，例如高压燕汽锅炉管道，虽然所承受的应力小于工作温度下的屈服点，但在长期的使用过程中，可能导致管道破裂。对于高温材料，必须测定其在高温长期载荷作用下抵抗断裂的能力，即高温持久强度(在给定的温度下，恰好使材料经过规定时间发生断裂的应力值)。 材料的高温持久试验按GB 6395-86(金属高温持久强度试验方法》的规定进行.在试验中测定试样在给定温度和一定应力作用下的断裂时间，用外推法求出数万小时甚至数十万小时。同时还可测出反映高温时持久塑性-伸长率及断面收缩率。 (3)焊接接头的蠕变断裂试验 金属在长时间恒温、恒应力作用下，发生缓慢的塑性变形的现象称为蠕变。蜗变可以在单一应力(拉力、压力或扭力)下产生，也可在复合应力下产生。典型的蠕变曲线如图3-14所示。Oa为开始加载后所引起的瞬时变形；ab为蠕变第l阶段，在这个阶段中蠕变的速度随时间的增加而逐渐减小；bc为蠕变第Ⅱ阶段，蠕变速度基本不变；ed为蠕变第Ⅲ阶段，在这个阶段中，蠕变加速进行，直到d点断裂。 蠕变极限是试样在一定温度下和在规定的持续时间内，产生的蠕变形量或蠕变速度等于某规定值时的最大应力，可通过蠕变断裂试验来测定。例如汽轮机叶片在长期运行中，只允许产生一定的变形量，在设计时必须考虑到蟠变极限。 焊接接头的蠕变断裂试验可按GB 2039-80《金属拉伸蠕变试验方法》的规定进行。
迟滞比较器
迟滞比较器 单门限电压比较器虽然有电路简单、灵敏度高等特点，但其抗干扰能力差。例如，在单门限电压比较器的图XX_01中，当v I 中含有噪声或干扰电压时，其输入和输出电压波形如图XX_01所示，由于在v I =V th =V REF 附近出现干扰，v O 将时而为V OH ，时而为V OL ，导致比较器输出不稳定。如果用这个输出电压v O 去控制电机，将出现频繁的起停现象，这种情况是不允许的。提高抗干扰能力的一种方案是采用迟滞比较器。 1．电路组成 迟滞比较器是一个具有迟滞回环特性的比较器。图XX_02a 所示为反相输入迟滞比较器原理电路，它是在反相输入单门限电压比较器的基础上引入了正反馈网络，其传输特性如图XX_02b 所示。如将v I 与V REF 位置互换，就可组成同相输入迟滞比较器。 2．门限电压的估算 由于比较器中的运放处于开环状态或正反馈状态，因此一般情况下，输出电压v O 与输入电压v I 不成线性关系，只有在输出电压发生跳变瞬间，集成运放两个输入端之间的电压才可近似认为等于零，即 或 （1） 设运放是理想的并利用叠加原理，则有 （2） 图 XX_01 (a) (b) 图XX_02
根据输出电压v O的不同值（V OH或V OL），可求出上门限电压V T+和下门限电压V T–分别为 （3） （4） 门限宽度或回差电压为 （5） 设电路参数如图XX_02a所示，且，则由式(3)~(5)可求得 ，和。 3．传输特性 设从，和开始讨论。 当v I由零向正方向增加到接近前，v O一直保持不变。当v I增加 到略大于，则v O由V OH下跳到V OL，同时使v P下跳到。V I再增加， v 保持不变。 O 若减小v I，只要，则v o将始终保持不变，只有当 时，才由跳到V OH。其传输特性如图XX_02b所示。 由以上分析可以看出，迟滞比较器的门限电压是随输出电压v o的变化而改变的。它的灵敏度低一些，但抗干扰能力却大大提高了
蠕变及其影响因素
蠕变及其影响因素 1.蠕变 钢在长时间的恒温、恒载作用下，发生缓慢的塑性变形现象称为蠕变。蠕变是一种由热作用引起的，金属的晶格发生位错，点阵中的原子自身扩散（位置交换或位置迁移）形成了蠕变，蠕变可以在单一应力（拉力、压力或扭拒），也可在复合应力下产生。 蠕变曲线能够描述钢在一定温度、应力作用下蠕变整个变形过程，如图23-1所示。Oa 为开始加载后所引起的瞬时变形；ab为蠕变的第一阶段，这个阶段蠕变速度随时间的增加而逐渐减少（称减速阶段或不稳定阶段）；cd为蠕变第三阶段，在这个阶段中蠕变加速进行（称加速阶段或最后阶段），直至d点断裂。 2.对蠕变行为的影响因素 2.1通过固溶强化对晶格造成约束 在热强钢中加入Mo、Mn、W、Cr、等元素实现固溶强化，增强了固溶体原子间结合力和晶格畸变，提高蠕变抗力和持久强度。如低碳钢的工作温度一般在450~480℃，当加入0.5%Mo（0.5Mo钢），最高工作温度可达500℃左右。为防止高温、长期运行会生产石墨化，加入Cr元素，同时也提高钢的抗氧化性。 2.2通过减少钢中的有害伴生元素净化晶界 在高温、长时间承受应力时，晶界也参与变形，当变形速度越慢，晶界变形的比例越大。这是由于晶界处原子排列不规则，位错和空位多，S、P等有害杂质易在晶界偏析聚集，造成晶界热强性很低，因此晶界是高温条件下的薄弱环节。热强钢应严格限制杂质元素，选用优质钢和特殊优质钢实现净化晶界，同时还应加入B、Zr等微量元素减少晶界缺陷，提高晶界强度。 2.3通过正火处理使晶粒分布均匀 对于常温力学性能来说，一般是晶粒越细小则强度和硬度越高，同时塑性和韧性也越好。在高温条件下，原子沿晶界的扩散速度比晶粒内大得多，晶界成为最薄弱的部位，希望得到适中的晶粒度心减少晶界面积。
材料的高温蠕变
龙源期刊网 https://www.sodocs.net/doc/768521403.html, 材料的高温蠕变 作者：耿翼明 来源：《中国科技博览》2018年第04期 [摘要]高温环境下工作的材料存在蠕变的现象，典型蠕变过程可以分为三个阶段。目前材料的抗蠕变性能研究集中在镁铝合金、钛合金和结构陶瓷等方面。金属材料的蠕变断裂机理主要是位错滑移和晶界滑动。陶瓷材料的蠕变及断裂机理主要是晶界滑动与空洞拓展。金属材料提高抗蠕变性能的方法是细晶强化、固液强化和晶界强化。陶瓷材料的提高抗蠕变性能的方法则是增大晶粒尺寸、降低气孔率或加入其他物质。未来材料抗蠕变性能的研究还要在延长典型蠕变过程第二阶段方向进一步探索。 [关键词]蠕变现象金属材料结构陶瓷断裂机理强化方法 中图分类号：X316 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）04-0073-02 1 蠕变特性曲线 对于在高温环境下工作的材料或组件，如军用飞机的航空发动机、汽车发动机的气缸等，虽然其所在的工况所受应力远远低于自身材料的屈服极限，但由于长时间在高温环境下工作，材料会逐渐产生明显的塑性变形，这种现象称之为材料的蠕变。对于一般的金属材料，当其长期工作温度高于金属材料熔点的40%时一定有蠕变现象的发生，而温度每上升约15℃材料的蠕变寿命就会减半[1]。对于燃气轮机的叶片、发动机气缸中的曲轴连杆等关键组件，显然材 料的高温蠕变会对其工作性能产生极大的影响，因此需要进行详细的试验和研究以减少蠕变现象的危害。 蠕变是材料的固有特性。如图1所示为通过相应的蠕变特性测定试验（在确定的温度条件下对材料进行轴向拉伸，使材料受到轴向拉应力的情况下保持一定的时间，测量材料的具体伸长情况及发生蠕变断裂的时间）给出的典型蠕变特性曲线。典型的突变过程可以分为三个阶段：起始蠕变阶段、稳定蠕变阶段和加速蠕变阶段。起始蠕变阶段，材料发生的应变ε随时间缓慢增大，呈现非线性变化的规律；稳定蠕变阶段，材料发生的应变ε随时间近似地呈现线性增长的规律；加速蠕变阶段，材料发生的应变ε开始迅速增加，直至材料的蠕变断裂。 材料所在环境的温度及材料所受的应力状况对于其蠕变特性曲线有着极大的影响。当材料所在环境的温度降低或者其所受的应力减小时，典型突变过程的第二阶段会增加以至于不会进入第三阶段。与之相反的是，当材料所在环境的温度升高或者其所受的应力增大时，蠕变特性曲线的第二阶段会显著缩短，甚至会直接从第一阶段跳到第三阶段，相对应的后果是材料会迅速断裂。抗蠕变性能较好的材料的蠕变特性曲线应当具备的特征包括：起始蠕变阶段持续的时间较短、稳定蠕变阶段的线性增长速率较低、要存在明显的加速蠕变阶段以表征材料断裂时具有的塑性。
蠕变
蠕变（英语：Creep），也称潜变，是在应力影响下固体材料缓慢永久性的移动或者变形的趋势。它的发生是低于材料屈服强度的应力长时间作用的结果。当材料长时间处于加热当中或者在熔点附近时，蠕变会更加剧烈。蠕变常常随着温度升高而加剧。 蠕变变形发生的温度范围因材料不同而不同。例如，钨需要几千度才能发生蠕变变形，然而冰将在冰点下蠕变。通常，在金属熔点的大约30%和陶瓷熔点的40%-50%时蠕变效果开始逐渐明显。事实上，任何材料在接近其熔点的时候都会蠕变。由于最低温度和熔点有关，蠕变可以在相对较低的温度下在一些材料上发生，如塑料和低熔点金属，包括许多焊料。室温蠕变可以很明显的发生在旧的铅热水管上。 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,称该温度为蠕变温度。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。 在开始的阶段，或者初步蠕变，形变率相对较大，但是随着应变的增加减慢。这主要来自形变硬化。形变率最后达到一个最小值并接近常数。这是由于形变硬化和退火（热软化）的一个平衡。这个阶段就是第二阶段或者稳态蠕变。这个阶段最被了解。“蠕变应变率”就是指这一阶段的应变率。应力和应变率的关系随蠕变机制不同而不用。在第三阶段，由于颈缩现象，应变率随着应变增大指数性的增长。 1 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。 2 对于结构材料的抗蠕变性能的提高 （1）：材料在其Tg（玻璃化温度）以下使用。（2）使大分子产生交联。 （3）：主链引入芳杂环或极性基团
金属蠕变强度和持久强度基础知识
为保证在高温长期载荷作用下的机件不致产生过量变形，要求金属材料具有一定的蠕变极限。和常温下的屈服强度σ0.2相似，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。 蠕变极限两种表示方法： 1．在给定T下，使试样产生规定蠕变速度的应力值，以符号公斤力/毫米2表示（其中为第二阶段蠕变速度，%/小时）。 在电站锅炉、汽轮机和燃气轮机制造中，规定的蠕变速度大多为1×10-5%小时或1×10-4%小时。例如，=6公斤力/毫米2，表示在温度为600℃的条件下，蠕变速度为1×10-5%小时的蠕变极限为6公斤力/毫米2。 2．在给定温度（T）下和在规定的试验时间（t，小时）内，使试样产生一定蠕变形量（δ，%）的应力值，以符号公斤力/毫米2表示。 例如，=10公斤力/毫米2，就表示材料在500℃温度下，10万小时后变形量为1%的蠕变极限为10公斤力/毫米2。试验时间及蠕变变形量的具体数值是根据机件的工作条件来规定的。 以上两种蠕变极限都需要试验到蠕变第二阶段若干时间后才能确定。 3．两种蠕变极限在应变量之间有一定的关系。例如，以蠕变速度确定蠕变极限时，当恒定蠕变速度为1×10-5%小时，就相当于100，000小时的应变量为1%。这与以应变量确定蠕变极限时的100，000小时的应变量为1%相比，仅相差（见图9-2），但其差值甚小，可忽略不计。因此，就可认为两者所确定的应变量相等。同样，蠕变速度为1×10-4%/小时，应相当于10，000小时的应变量为1%。
二、蠕变极限测定方法 测定金属材料蠕变极限所采用的试验装置，如图8－11所示。试样的蠕变试验用试样的形状、尺寸及制备方法、试验程序和操作方法等，可有关国家标准的规定进行。 现以第二阶段蠕变速度所定义蠕变极限为例，说明其测定的方法。 1．在一定温度和不同的应力条件下进行蠕变试验。每个试样的试验持续时间不少于2000~3000小时。根据所测定的应变量与时间的关系，作出一组蠕变曲线。每一条蠕变曲线上直线部分的斜率，就是第二阶段恒定蠕变速度。 2．根据获得的不同应力条件下的恒定蠕变速度，在应力与蠕变速度的对数坐标上作出关系曲线。 3．实验表明，在同一温度下进行蠕变试验，其应力与蠕变速度的对数值之间呈线性关系。因此，我们可采用较大的应力，以较短的试验时间作出几条蠕变曲线，根据所测定的蠕变速度，用内插法或外推法求出规定蠕变速度的应力值，即得到蠕变极限。 三、持久强度及其测定方法 蠕变极限表征了金属材料在高温长期载荷作用下对塑性变形的抗力，但不能反映断裂时的强度及塑性。与常温下的情况一样，材料在高温下的变形抗力与断裂抗力是两种不同的性能指标。因此，对于高温材料还必须测定其在高温长期载荷作用下抵抗断裂的能力，即持久强度。 金属材料的持久强度，是在给定温度（T）下，恰好使材料过规定时间（t）发生断裂的应力值，以公斤力/毫米2来表示。这里所指的规定时间是以机组的
蠕变基本知识
蠕变 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。 蠕变定义 蠕变（creep）(缓慢变形) （德语名：kriechen） 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。 蠕变曲线 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,称该温度为蠕变温度。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 1 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。 2 对于结构材料的抗蠕变性能的提高 （1）：材料在其Tg（玻璃化温度）以下使用。（2）使大分子产生交联。（3）：主链引入芳杂环或极性基团 蠕变断裂机理 金属材料在蠕变过程中可发生不同形式的断裂，按照断裂时塑性变形量大小的顺序，可以讲蠕变断裂分为如下类型： 沿晶蠕变断裂 沿晶蠕变断裂是常用高温金属材料（如耐热钢、高温合金等）蠕变断裂的一种主要形式。主要是因为在高温、低应力较长时间作用下，随着蠕变不断进行，晶界滑动和晶界扩散比较充分，促进了空洞、裂纹沿晶界形成和发展。 穿晶蠕变断裂 穿晶蠕变断裂主要发生在高应力条件下。其断裂机制与室温条件下的韧性断裂类似，是空洞在晶粒中夹杂物处形成，并随蠕变进行而长大、汇合的过程。 延缩性断裂 延缩性断裂主要发生在高温（T > 0.6 Tm ）条件下。这种断裂过程总伴随着动态再结晶，在晶粒内不断产生细小的新晶粒。由于晶界面积不断增大，空位将均匀分布，从而阻碍空洞的形成和长大。因此，动态再结晶抑制沿晶断裂。晶粒大小与应变量成反比。
08-聚合物的蠕变性能实验
实验八 聚合物的蠕变性能实验 1．实验目的要求 1.1熟悉高分子材料蠕变的概念。 1.2熟悉高分子材料蠕变性能测试标准条件和测试原理。 1.3了解测试条件对测定结果的影响。 2．实验原理 在一定温度和较小的恒定外力（拉力、压力或扭力等）作用下、材料的形变随时间的增加而逐渐增大的现象。图8-1就是描写这一过程的蠕变曲线，t 1是加荷时间，t 2是释荷时间。 从分子运动和变化的角度来看，蠕变过程包括下面三种形变：当高分子材料受到外力（σ）作用时，分子链内部键长和键角立刻发生变化，这种形变量是很小的，称为普弹形变（1ε）。当分子链通过链段运动逐渐伸展发生的形变，称为高弹形变（2ε）。如果分子间没有化学交联，线形高分子间会发生相对滑移，称为粘性流动（3ε）。这种流动与材料的本体粘度（3η）有关。在玻璃化温度以下链段运动的松弛时间很长，分子之间的内摩擦阻力很大，主要发生普弹形变。在玻璃化温度以上，主要发生普弹形变和高弹形变。当温度升高到材料的粘流温度以上，这三种形变都比较显著。由于粘性流动是不能回复的，因此对于线形高聚物来说，当外力除去后会留下一部分不能回复的形变，称为永久形变。 图8-1 蠕变曲线 图8-2 线型高聚物的蠕变曲线 图8-2是线型高聚物在玻璃化温度以上的蠕变曲线和回复曲线，曲线图上标出了各部分形变的情况。只要加荷时间比高聚物的松弛时间长得多，则在加荷期间，高弹形变已充分发展，达到平衡高弹形变，因而蠕变曲线图的最后部分可以认为是纯粹的粘流形变。 蠕变与温度高低和外力大小有关，温度过低，外力太小，蠕变很小而且很慢，在短时间内不易觉察；温度过高、外力过大，形变发展过快，也感觉不出蠕变现象；在适当的外力作用下，通常在高聚物的玻璃化温度以上不远，链段在外力下可以运动，但运动时受到的内摩擦力又较大，只能缓慢运动，则可观察到较明显的蠕变现象。
UHMWPE纤维的辐照交联改性及抗蠕变性能研究
UHMWPE纤维的辐照交联改性及抗蠕变性能研究超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维具有高强度、高模量、耐磨、耐弯曲、耐化学腐蚀、耐冲击以及良好的可加工性等诸多优异性能,但UHMWPE纤维界面粘结性能差、耐高温性能差以及抗蠕变性能差的三大性能缺陷极大地限制了在复合材料、绳缆绳索等领域的应用。电子束辐照具有节能环保、操作简单、辐照穿透力强,可在常温下进行等优点,超临界CO2流体技术是一种对环境无污染、能源消耗低的环保型加工技术,因此本文将电子束辐照和超临界 CO2流体技术相结合对UHMWPE纤维进行辐照交联改性,系统研究了UHMWPE纤维的电子束辐照效应,确定了超临界CO2预处理和电子束辐照的最佳工艺条件,并对其蠕变及回复行为进行了研究,进一步探讨了UHMWPE 纤维的电子束辐照交联机理。 研究的主要内容和结果如下:1.对经电子束基本辐照后UHMWPE纤维的结构与性能的变化规律进行了研究。分析了辐照后UHMWPE纤维的表面性能和微观结构的变化,研究了辐照剂量和剂量率对纤维凝胶含量和力学性能的影响,并对纤维的电子束基本辐照交联机理做了进一步的探讨。 研究结果发现:（1）辐照剂量越高,剂量率越低,纤维的损伤程度越明显;辐照后纤维的红外光谱图上出现了C-O-C、C=O、-OH等新的特征峰;随着辐照剂量的增加,纤维的结晶度下降,熔点降低,熔融焓先上升后下降;不同剂量率辐照后纤维的结晶度、熔点均有所降低。（2）随着辐照剂量和剂量率的增加,纤维的凝胶含量均先升高后降低,纤维的断裂伸长率均先上升后下降;随着辐照剂量的提高,纤维的断裂强力一直下降,纤维的蠕变率先迅速上升后缓慢下降,而随着剂量率的提高,断裂强力先降低后升高,蠕变率先下降后上升。
蠕变分析
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:
蠕变及硬度小结
蠕变 温度对金属材料力学性能的影响很大，随着温度升高，材料的强度降低而塑性增加；而材料在高温下，载荷持续时间对力学性能也会产生影响。因此，在高温下工作的材料，其力学性能与温度和时间两个因素有关。所谓高温，是指金属的服役温度超过了它的再结晶温度约0.4~0.5T m，T m是金属的熔点。在这样的高温下长时服役的金属，其微观结构、形变和断裂机制都会发生变化，在宏观上则会出现高温蠕变、持久断裂、应力松弛、高温腐蚀等现象。 材料在恒定应力作用下，其应变随时间的延长而逐渐增加的现象称为蠕变。由于蠕变而导致的断裂称为蠕变断裂。金属在低温下也会产生蠕变，但通常只有当温度升高到0.3T m以上时，蠕变现象才会比较显著。金属在高温下还会发生应力松弛现象，即在保持应变恒定的情况下，应力随着时间延长而减小的现象。由于蠕变和应力松弛的发生，应力和应变之间已不是单值的对应关系，而必须考虑温度和时间的影响。 温度对金属材料力学性能的影响很大，随着温度升高，材料的强度降低而塑性增加；而材料在高温下，载荷持续时间对力学性能也会产生影响。因此，在高温下工作的材料，其力学性能与温度和时间两个因素有关。所谓高温，是指金属的服役温度超过了它的再结晶温度约0.4~0.5T m，T m是金属的熔点。在这样的高温下长时服役的金属，其微观结构、形变和断裂机制都会发生变化，在宏观上则会出现高温蠕变、持久断裂、应力松弛、高温腐蚀等现象。 1. 蠕变曲线 蠕变：材料在恒定应力作用下，其应变随时间的延长而逐渐增加的现象称为蠕变。由于蠕变而导致的断裂称为蠕变断裂。金属在低温下也会产生蠕变，但通常只有当温度升高到0.3T m以上时，蠕变现象才会比较显著。金属在高温下还会发生应力松弛现象，即在保持应变恒定的情况下，应力随着时间延长而减小的现象。由于蠕变和应力松弛的发生，应力和应变之间已不是单值的对应关系，而必须考虑温度和时间的影响。 蠕变曲线：常载荷条件下的典型单轴蠕变曲线见图1 , 从图中可以看出蠕变的3 个典型阶段: 第一蠕变阶段AB (减速蠕变阶段)，第二蠕变阶段BC (稳定蠕变阶段)，第三阶段蠕变CD(加速蠕变阶段) 。在第二蠕变阶段(稳定蠕变阶段) , 蠕变速率近似为常数; 而在第三蠕变阶段, 蠕变速率逐渐增加,直至试件完全破坏。图1 中εe 代表瞬时弹性(或弹塑性) 应变,εp表示塑性应变,εc代表蠕变应变。