高温蠕变机制.ppt

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1、蠕变1蠕变现象和蠕变曲线当温度T≥(0.3~0.5)Tm(Tm为熔点，单位为K)时，金属材料在恒载荷的持续作用下，发生与时间相关的塑性变形，称为蠕变。相应的应变与时间关系曲线称为蠕变曲线。金属材料的典型蠕变曲线如图（1）所示。图（1）典型蠕变曲线2蠕变产生的机理蠕变理论的基础是晶体缺陷的运动,各种形式的晶体缺陷的运动都与热活化控制相关。针对材料的高温蠕变，提出了解释材料产生蠕变的三种机理，分别为扩散蠕变机理、晶格机理和晶界滑移机理。1）扩散蠕变机理该机理认为材料内部的空位浓度差是产生蠕变的主要原因;并且认为空位浓度的变化量与材料的外加应力成正比,同时晶界对空位的消失和产生起主

2、要作用。由于位错、晶界等非平衡缺陷的存在，在外界应力的作用下，实际材料中原子的力化学势场分布并不均匀相等，从而导致不同区域之间原子扩散流的产生，材料发生扩散蠕变。晶界上的张应力使空位的浓度增加到c=c0exp(/kT)压应力使浓度减少到：c=c0exp(-/kT)式中：为空位体积，c0为平衡浓度。应力造成空位浓度差，质点由高浓度向低浓度扩散，即原子迁移到平行于压应力的晶界，导致晶粒伸长，引起形变。图（2）扩散蠕变2)晶格机理晶格机理是由于晶体内部的自扩散而使位错进行攀移。在一定温度下，热运动的晶体中存在一定数量空位和间隙原子；位错线处一列原子由于热运动移去成为间隙原

3、子或吸收空位而移去；位错线移上一个滑移面。或其他处的间隙原子移入而增添一列原子，使错位线向下移一个滑移面。位错在垂直滑移面方向的运动称为位错的攀移运动，见图（3）。图（3）位错攀移实际生产中利用位错的爬移运动来消除位错。位错爬移时，应变速率：U=Anexp(-Q/RT)=Anexp(S/R)exp(-H/RT)式中，Q为自扩散激活能；△S为熵；△H为自扩散激活焓。该方程为杜恩和魏脱迈方程。位错爬移是第二阶段蠕变的发生机理，当温度、应力恒定时，应变速率为一常数。滑移和爬移的区别：滑移与外力有关；爬移与晶体中的空位和间隙原子有关。3)晶界蠕变理论晶界对蠕变速率有两种影响：

4、①高温下，晶界能彼此相对滑动，使剪应力得到松弛；②晶界本身是位错源，离晶界约为一个障碍物间距内的位错会消失。说明：大角度晶界是晶格匹配差的区域，可以认为是晶粒之间的非晶态结构区域。在高温下，晶界表现为粘滞性扩散蠕变与晶界蠕变是互动的。如果蠕变由扩散过程产生，为了保持晶粒聚在一起，就要求晶界滑动；另一方面，如果蠕变起因于晶界滑动，要求扩散过程来调整。