• 蠕變

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    蠕變

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    材料科學中,蠕變(有時稱為冷流)是固體材料在持續機械應力的影響下緩慢移動或xxx變形的趨勢。 它可能是長期暴露于仍低于材料屈服強度的高應力下的結果。 長時間受熱的材料的蠕變更為嚴重,并且通常在接近熔點時增加。

    變形率是材料特性、暴露時間、暴露溫度和施加的結構載荷的函數。 根據所施加應力的大小及其持續時間,變形可能變得如此之大,以至于某個部件無法再發揮其功能——例如,渦輪葉片的蠕變可能導致葉片接觸外殼,從而導致部件失效 刀。 在評估在高應力或高溫下運行的組件時,蠕變通常是工程師和冶金學家關注的問題。 蠕變是一種變形機制,可能構成也可能不構成失效模式。 例如,混凝土中適度的徐變有時會受到歡迎,因為它可以減輕可能導致開裂的拉應力。

    脆性斷裂不同,蠕變變形不會在施加應力時突然發生。 相反,應變會因長期壓力而累積。 因此,蠕變是一種隨時間變化的變形。

    溫度依賴性

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    各種材料可能發生蠕變變形的溫度范圍不同。 當材料在接近其熔點的溫度下受到應力時,通常會發生蠕變變形。 雖然鎢需要數千度的溫度才能發生蠕變,但鉛可能會在室溫下蠕變,而冰會在低于 0°C (32°F) 的溫度下蠕變。 塑料和低熔點金屬,包括許多焊料,在室溫下會開始蠕變。 冰川流動是冰中蠕變過程的一個例子。 蠕變變形的影響通常在金屬熔點(開爾文)的大約 35% 和陶瓷熔點的 45% 時變得明顯。

    階段

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    蠕變行為可以分為三個主要階段。

    在初級或瞬態蠕變中,應變率是時間的函數。 在包括大多數純材料的 M 類材料中,應變率隨時間降低。 這可能是由于位錯密度增加,也可能是由于晶粒尺寸的變化。 在具有大量固溶硬化的 A 類材料中,由于位錯移動時溶質拖曳原子變薄,應變率隨時間增加。

    在二次或穩態下,蠕變、位錯結構和晶粒尺寸達到平衡,因此應變率恒定。 產生應變率的方程是指穩態應變率。 該速率的應力依賴性取決于蠕變機制。

    在三次蠕變中,應變率隨應力呈指數增加。 這可能是由于頸縮現象、內部裂紋或空隙引起的,它們都會減小橫截面積并增加該區域的真實應力,進一步加速變形并導致斷裂。

    變形機制

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    根據溫度和應力,不同的變形機制被激活。 盡管通常有多種變形機制始終處于活動狀態,但通常一種機制占主導地位,幾乎可以解釋所有變形。

    各種機制是:

    • 體擴散(Nabarro-Herring 蠕變)
    • 晶界擴散(Coble 蠕變)
    • 滑移控制位錯蠕變:位錯通過滑移和爬升運動,滑移速度是應變率的主導因素
    • 爬控位錯蠕變:位錯通過滑移和爬升運動,爬升速度是應變率的主導因素
    • Harper-Dorn 蠕變:一些純材料中的低應力蠕變機制

    在低溫和低應力下,蠕變基本上不存在,所有應變都是彈性的。 在低溫和高應力下,材料會發生塑性變形而不是蠕變。 在高溫和低應力下,擴散蠕變往往占主導地位,而在高溫和高應力下,位錯蠕變往往占主導地位。

    蠕變

    變形機制圖

    變形機制圖提供了一種可視化工具,可將主要變形機制分類為同源溫度、剪切模量歸一化應力和應變率的函數。 通常,這三個屬性中的兩個(最常見的是溫度和應力)是地圖的軸,而第三個屬性在地圖上繪制為等高線。

    為了填充地圖,為每個變形機制找到了本構方程。 這些用于求解每個變形機制之間的邊界,以及應變率等值線。

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    詞條目錄
    1. 蠕變
    2. 溫度依賴性
    3. 階段
    4. 變形機制
    5. 變形機制圖

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