《高温蠕变机制》PPT课件.ppt

蠕变1 蠕变现象和蠕变曲线 当温度T(0.30.5)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=Anexp(-Q/RT)=Anexp(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：高温下，晶界能彼此相对滑动，使剪应力得到松弛；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。