1蠕變定義

蠕變(creep)(緩慢變形) (德語名:kriechen)
蠕變:固體材料在保持應力不變的條件下,應變隨時間延長而增加的現象。它與塑性變形不同,塑
蠕變曲線

  蠕變曲線

性變形通常在應力超過彈性極限之後才出現,而蠕變只要應力的作用時間相當長,它在應力小於彈性極限時也能出現。
岩石在地質條件下的蠕變可以產生相當大的變形而所需要的應力卻不一定很大。蠕變隨時間的延續大致分3個階段:①初始蠕變或過渡蠕變,應變隨時間延續而增加,但增加的速度逐漸減慢;②穩態蠕變或定常蠕變,應變隨時間延續而勻速增加,這個階段較長;③加速蠕變,應變隨時間延續而加速增加,直達破裂點。應力越大,蠕變的總時間越短;應力越小,蠕變的總時間越長。但是每種材料都有一個最小應力值,應力低於該值時不論經歷多長時間也不破裂,或者說蠕變時間無限長,這個應力值稱為該材料的長期強度。岩石的長期強度約為其極限強度的2/3。

2蠕變條件

蠕變機制有擴散和滑移兩種。在外力作用下,質點穿過晶體內部空穴擴散而產生的蠕變稱為納巴羅-赫林蠕變;質點沿晶體邊界擴散而產生的蠕變稱為柯勃爾蠕變。由晶內滑移或者由位錯促進滑移引起的蠕變稱為滑移蠕變,也稱魏特曼蠕變。蠕變作用解釋了岩石大變形在低應力下可以實現的原因。
蠕變在低溫下也會發生,但只有達到一定的溫度才能變得顯著,稱該溫度為蠕變溫度。對各種金屬材料的蠕變溫度約為0.3Tm,Tm為熔化溫度,以熱力學溫度表示。通常碳素鋼超過300-350℃,合金鋼在400-450℃以上時才有蠕變行為,對於一些低熔點金屬如鉛、錫等,在室溫下就會發生蠕變。

3改善蠕變方法

1 改善蠕變可採取的措施有:
(1).高溫工作的零件要採用蠕變小的材料製造,如耐熱鋼等;
(2).對有蠕變的零件進行冷卻或隔熱;
(3).防止零件向可能損害設備功能或造成拆卸困難的方向蠕變。
鑄造砂型(砂芯)起模后的變形叫蠕變。如:酯固化水玻璃自硬砂砂型(芯)起模后常發生蠕變。改善蠕變可採取的措施有:儘可能縮短可使用時間;用複合固化劑;砂型強度允許條件下少加水玻璃;適當增加固化劑加入量;鼓熱風強制硬化。
2 對於結構材料的抗蠕變性能的提高
(1):材料在其Tg(玻璃化溫度)以下使用。(2)使大分子產生交聯。
(3):主鏈引入芳雜環或極性基團

4蠕變斷裂機理

金屬材料在蠕變過程中可發生不同形式的斷裂,按照斷裂時塑性變形量大小的順序,可以講蠕變斷裂分為如下類型:
穿晶蠕變斷裂
穿晶蠕變斷裂主要發生在高應力條件下。其斷裂機制與室溫條件下的韌性斷裂類似,是空洞在晶粒中夾雜物處形成,並隨蠕變進行而長大、匯合的過程。

延縮性斷裂

延縮性斷裂主要發生在高溫(T > 0.6 Tm )條件下。這種斷裂過程總伴隨著動態再結晶,在晶粒內不斷產生細小的新晶粒。由於晶界面積不斷增大,空位將均勻分佈,從而阻礙空洞的形成和長大。因此,動態再結晶抑制沿晶斷裂。晶粒大小與應變數成反比。
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