《高溫蠕變機(jī)制》

蠕變1整理課件1蠕變現(xiàn)象和蠕變曲線當(dāng)溫度T≥(0.3~0.5)Tm(Tm為熔點(diǎn)，單位為K)時(shí)，金屬材料在恒載荷的持續(xù)作用下，發(fā)生與時(shí)間相關(guān)的塑性變形，稱為蠕變。相應(yīng)的應(yīng)變與時(shí)間關(guān)系曲線稱為蠕變曲線。金屬材料的典型蠕變曲線如圖〔1〕所示。圖〔1〕典型蠕變曲線2整理課件2蠕變產(chǎn)生的機(jī)理蠕變理論的根底是晶體缺陷的運(yùn)動(dòng),各種形式的晶體缺陷的運(yùn)動(dòng)都與熱活化控制相關(guān)。針對(duì)材料的高溫蠕變，提出了解釋材料產(chǎn)生蠕變的三種機(jī)理，分別為擴(kuò)散蠕變機(jī)理、晶格機(jī)理和晶界滑移機(jī)理。

3整理課件1〕擴(kuò)散蠕變機(jī)理該機(jī)理認(rèn)為材料內(nèi)部的空位濃度差是產(chǎn)生蠕變的主要原因;并且認(rèn)為空位濃度的變化量與材料的外加應(yīng)力成正比,同時(shí)晶界對(duì)空位的消失和產(chǎn)生起主要作用。由于位錯(cuò)、晶界等非平衡缺陷的存在，在外界應(yīng)力的作用下，實(shí)際材料中原子的力化學(xué)勢場分布并不均勻相等，從而導(dǎo)致不同區(qū)域之間原子擴(kuò)散流的產(chǎn)生，材料發(fā)生擴(kuò)散蠕變。4整理課件晶界上的張應(yīng)力使空位的濃度增加到

c=c0exp(/kT)壓應(yīng)力使?jié)舛葴p少到：

c=c0exp(-/kT)式中：

為空位體積，c0為平衡濃度。應(yīng)力造成空位濃度差，質(zhì)點(diǎn)由高濃度向低濃度擴(kuò)散，即原子遷移到平行于壓應(yīng)力的晶界，導(dǎo)致晶粒伸長，引起形變。圖〔2〕擴(kuò)散蠕變5整理課件2)晶格機(jī)理晶格機(jī)理是由于晶體內(nèi)部的自擴(kuò)散而使位錯(cuò)進(jìn)行攀移。在一定溫度下，熱運(yùn)動(dòng)的晶體中存在一定數(shù)量空位和間隙原子；位錯(cuò)線處一列原子由于熱運(yùn)動(dòng)移去成為間隙原子或吸收空位而移去；位錯(cuò)線移上一個(gè)滑移面?；蚱渌幍拈g隙原子移入而增添一列原子，使錯(cuò)位線向下移一個(gè)滑移面。位錯(cuò)在垂直滑移面方向的運(yùn)動(dòng)稱為位錯(cuò)的攀移運(yùn)動(dòng)，見圖〔3〕。圖〔3〕位錯(cuò)攀移6整理課件實(shí)際生產(chǎn)中利用位錯(cuò)的爬移運(yùn)動(dòng)來消除位錯(cuò)。位錯(cuò)爬移時(shí)，應(yīng)變速率：

U=A

nexp(-Q/RT)=A

nexp(S/R)exp(-H/RT)式中，Q為自擴(kuò)散激活能；△S為熵；△H為自擴(kuò)散激活焓。該方程為杜恩和魏脫邁方程。位錯(cuò)爬移是第二階段蠕變的發(fā)生機(jī)理，當(dāng)溫度、應(yīng)力恒定時(shí)，應(yīng)變速率為一常數(shù)?；坪团酪频膮^(qū)別：滑移與外力有關(guān)；爬移與晶體中的空位和間隙原子有關(guān)。7整理課件3)晶界蠕變理論晶界對(duì)蠕變速率有兩種影響：①高溫下，晶界能彼此相對(duì)滑動(dòng)，使剪應(yīng)力得到松弛；②晶界本身是位錯(cuò)源，離晶界約為一個(gè)障礙物間距內(nèi)的位錯(cuò)會(huì)消失。說明：大角度晶界是晶格匹配差的區(qū)域，可以認(rèn)為是晶粒之間的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)區(qū)域。在高溫下，晶界表現(xiàn)為粘滯性擴(kuò)散蠕變與晶界蠕變是互動(dòng)的。如果蠕變由擴(kuò)散過程產(chǎn)生，為了保持晶粒聚在一起，就要求晶界滑動(dòng)；另一方面，如果蠕變起因