蠕变

金属材料机械零件和构件在长时间的恒高温和恒应力作用下发生缓慢塑性变形的现象。晶粒在最易错动的晶面或晶界上产生滑移是蠕变变形的主要原因。同时,蠕变也使晶格歪曲、破碎和材料硬化,使继续滑移受到限制。因此钢材在 350℃以下不出现蠕变。但在高温下金属发生软化,蠕变才得以继续,一直延续到断裂。

蠕变曲线

反映蠕变从开始直到断裂过程的变化规律的曲线。可用以分析或找出理想的材料和在材料断裂前得到明显的预告。图为钢的典型蠕变曲线。Oa为开始加载所引起的瞬时变形,如果应力超过金属在这一温度下的弹性极限,则Oa由弹性变形Oa′加塑性变形aa组成。这段变形尚不属于蠕变现象,而是由外加载荷所引起的一般变形过程。ab为蠕变的第Ⅰ阶段,称为减速阶段。蠕变的速度随时间的增加而逐渐减小。bc为蠕变的第Ⅱ阶段,称为稳定阶段,蠕变速度基本不变。线段倾角 α的正切值表示蠕变速度。cd为蠕变的第Ⅲ阶段,称为加速阶段,蠕变加速进行,直到d点断裂。不同材料在不同条件下得到的蠕变曲线不同,同一种材料的蠕变曲线也随着应力和温度的不同而异。

图

对于稳定蠕变阶段,在给定温度下,应力与蠕变速度的关系有多种经验公式,常用的是:v=A公式 符号σn,式中v为稳定的蠕变速度;公式 符号为应力;An为与温度和材料有关的常数。由此式可知,在同一温度下,蠕变速度与应力在双对数坐标图上呈线性关系。只要从几根(通常是4~6根)试样在不同试验应力下得到的蠕变曲线中得出相应的蠕变速度,再在双对数坐标图上画出应力-蠕变速度曲线,用外推法和内插法即可求得蠕变极限。蠕变极限需要试验到第Ⅱ阶段之后若干时间才能确定,所需时间视使用情况而定(见蠕变试验)。

蠕变极限

试样在一定高温下和规定持续时间内产生的蠕变变形量(总的或残余的)或蠕变速度,等于某规定值时的应力。在工程上以条件蠕变极限(简称蠕变极限)表示。通常蠕变极限有两种形式:一是在给定温度下引起规定蠕变速度的应力值;另一是在给定温度和规定的使用时间下使试样发生一定量蠕变总变形的应力值。蠕变极限是反映材料高温性能的重要指标。

机械零件和构件抗蠕变的能力称为蠕变强度。蠕变强度设计的强度判据是:工作应力小于或等于许用应力,而许用应力等于蠕变极限除以相应的安全系数

参考文章