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形变1.4.ppt

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1.4 无机材料的高温蠕变,材料在高温下长时间的受到小应力作用,出现蠕变现象,即时间--应变的关系。 从热力学观点出发,蠕变是一种热激活过程。 在高温条件下,借助于外应力和热激活的作用,形变的一些障碍物得以克服,材料内部质点发生了不可逆的微观过程。,1. 各阶段的特点,,,,第一阶段蠕变,第二阶段蠕变,第三阶段蠕变,,1.4.1 典型的蠕变曲线,起始段,在外力作用下,发生瞬时弹性形变,即应力和应变同步。,(1) 弹性形变阶段,其特点是应变速率随时间递减,持续时间较短,应变速率有如下关系:U=d/dt=At-n低温时n=1,得:=Blnt高温时n=2/3,得: =Bt-2/3 此阶段类似于可逆滞弹性形变。,(2)第一阶段蠕变(蠕变减速阶段或过渡阶段),此阶段的形变速率最小,且恒定,为稳定态蠕变。 形变与时间的关系为线性关系: =Kt,此阶段是断裂即将来临之前的最后一个阶段。 特点:曲线较陡,说明蠕变速率随时间增加而快速增加。,(3)第二阶段蠕变,(4)第三阶段蠕变(加速蠕变),温度和应力都影响恒定温度曲线的形状: 当温度升高时,形变速率加快,恒定蠕变阶段缩短。 增加应力时,曲线形状的变化类似与温度。 形变率与应力有如下关系:=(常数) nn变动在2~20之间,n=4最为常见。,2. 影响蠕变曲线形状的因素,,温度或应力,温度和应力对蠕变曲线的影响,1.4.2 蠕变机理,蠕变机理分为两大类: 晶界机理------多晶体的蠕变; 晶格机理------单晶蠕变,但也可能控制着多晶的蠕变过程。,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。,,,2. 扩散蠕变理论---空位扩散流动(纳巴罗-赫润蠕变),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。,晶界对蠕变速率有两种影响: 第一 , 高温下,晶界能彼此相对滑动,使剪应力得到松弛。 第二 , 晶界本身是位错源,距离晶界约为一个障碍物间距内的位错会消失。,3 . 晶界蠕变理论,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。,3. 显微结构,1.4.3 影响蠕变的因素,1. 温度、应力(外界因素),2. 晶体的组成,结合力越大,越不易发生蠕变,所以共价键结构的材料具有好的抗蠕变性。 例如碳化物、硼化物。,材料中的气孔、晶粒、玻璃相等对蠕变都有影响。,(1)气孔:气孔率增加,蠕变率增加。原因:气孔减少抵抗蠕变的有效截面积。,(2)晶粒:晶粒越小,蠕变率越大。 原因:晶界的比例随晶粒的减小而大大增加,晶界扩散及晶界流动加强。,(3) 玻璃相:玻璃相粘度越小,蠕变率增加。 原因:温度升高,玻璃的粘度降低,变形速率增大,蠕变率增大。,说明粘性流动对材料致密化的影响:材料在高温烧结时,晶界粘性流动,气孔容纳晶粒滑动时发生的形变,即实现材料致密化。,
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