蠕变

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在材料科学中,蠕变(有时称为冷流)是固体材料在持续机械应力的影响下缓慢移动或永久变形的趋势。 它可能是长期暴露于仍低于材料屈服强度的高应力下的结果。 长时间受热的材料的蠕变更为严重,并且通常在接近熔点时增加。 变形率是材料特性、暴露时间、暴露温度和施加的结构载荷的函数。 根据所施加应力的大小及其持续时间,变形可能变得如此之大,以至于某个部件无法再发挥其功能——例如,涡轮叶片的蠕变可能导致...

蠕变

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材料科学中,蠕变(有时称为冷流)是固体材料在持续机械应力的影响下缓慢移动或xxx变形的趋势。 它可能是长期暴露于仍低于材料屈服强度的高应力下的结果。 长时间受热的材料的蠕变更为严重,并且通常在接近熔点时增加。

变形率是材料特性、暴露时间、暴露温度和施加的结构载荷的函数。 根据所施加应力的大小及其持续时间,变形可能变得如此之大,以至于某个部件无法再发挥其功能——例如,涡轮叶片的蠕变可能导致叶片接触外壳,从而导致部件失效 刀。 在评估在高应力或高温下运行的组件时,蠕变通常是工程师冶金学家关注的问题。 蠕变是一种变形机制,可能构成也可能不构成失效模式。 例如,混凝土中适度的徐变有时会受到欢迎,因为它可以减轻可能导致开裂的拉应力。

脆性断裂不同,蠕变变形不会在施加应力时突然发生。 相反,应变会因长期压力而累积。 因此,蠕变是一种随时间变化的变形。

温度依赖性

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各种材料可能发生蠕变变形的温度范围不同。 当材料在接近其熔点的温度下受到应力时,通常会发生蠕变变形。 虽然钨需要数千度的温度才能发生蠕变,但铅可能会在室温下蠕变,而冰会在低于 0°C (32°F) 的温度下蠕变。 塑料和低熔点金属,包括许多焊料,在室温下会开始蠕变。 冰川流动是冰中蠕变过程的一个例子。 蠕变变形的影响通常在金属熔点(开尔文)的大约 35% 和陶瓷熔点的 45% 时变得明显。

阶段

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蠕变行为可以分为三个主要阶段。

在初级或瞬态蠕变中,应变率是时间的函数。 在包括大多数纯材料的 M 类材料中,应变率随时间降低。 这可能是由于位错密度增加,也可能是由于晶粒尺寸的变化。 在具有大量固溶硬化的 A 类材料中,由于位错移动时溶质拖曳原子变薄,应变率随时间增加。

在二次或稳态下,蠕变、位错结构和晶粒尺寸达到平衡,因此应变率恒定。 产生应变率的方程是指稳态应变率。 该速率的应力依赖性取决于蠕变机制。

在三次蠕变中,应变率随应力呈指数增加。 这可能是由于颈缩现象、内部裂纹或空隙引起的,它们都会减小横截面积并增加该区域的真实应力,进一步加速变形并导致断裂。

变形机制

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根据温度和应力,不同的变形机制被激活。 尽管通常有多种变形机制始终处于活动状态,但通常一种机制占主导地位,几乎可以解释所有变形。

各种机制是:

  • 体扩散(Nabarro-Herring 蠕变)
  • 晶界扩散(Coble 蠕变)
  • 滑移控制位错蠕变:位错通过滑移和爬升运动,滑移速度是应变率的主导因素
  • 爬控位错蠕变:位错通过滑移和爬升运动,爬升速度是应变率的主导因素
  • Harper-Dorn 蠕变:一些纯材料中的低应力蠕变机制

在低温和低应力下,蠕变基本上不存在,所有应变都是弹性的。 在低温和高应力下,材料会发生塑性变形而不是蠕变。 在高温和低应力下,扩散蠕变往往占主导地位,而在高温和高应力下,位错蠕变往往占主导地位。

蠕变

变形机制图

变形机制图提供了一种可视化工具,可将主要变形机制分类为同源温度、剪切模量归一化应力和应变率的函数。 通常,这三个属性中的两个(最常见的是温度和应力)是地图的轴,而第三个属性在地图上绘制为等高线。

为了填充地图,为每个变形机制找到了本构方程。 这些用于求解每个变形机制之间的边界,以及应变率等值线。

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  1. 蠕变
  2. 温度依赖性
  3. 阶段
  4. 变形机制
  5. 变形机制图

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