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1、蠕 變 1 蠕 變 現(xiàn) 象 和 蠕 變 曲 線 當(dāng) 溫 度 T (0.30.5)Tm(Tm為 熔 點(diǎn) ， 單 位 為 K)時(shí) ， 金 屬 材 料 在 恒 載 荷 的持 續(xù) 作 用 下 ， 發(fā) 生 與 時(shí) 間 相 關(guān) 的 塑 性 變 形 ， 稱 為 蠕 變 。 相 應(yīng) 的 應(yīng) 變 與 時(shí) 間 關(guān) 系 曲 線 稱 為蠕 變 曲 線 。 金 屬 材 料 的 典 型 蠕 變 曲 線如 圖 （ 1） 所 示 。 圖 （ 1 ） 典 型 蠕 變 曲 線 2 蠕 變 產(chǎn) 生 的 機(jī) 理 蠕 變 理 論 的 基 礎(chǔ) 是 晶 體 缺 陷 的 運(yùn) 動(dòng) , 各 種 形 式 的 晶 體 缺 陷 的 運(yùn) 動(dòng) 都 與 熱
2、 活 化控 制 相 關(guān) 。 針 對(duì) 材 料 的 高 溫 蠕 變 ， 提 出 了 解 釋 材 料 產(chǎn) 生 蠕 變 的 三 種 機(jī) 理 ， 分 別 為 擴(kuò) 散 蠕變 機(jī) 理 、 晶 格 機(jī) 理 和 晶 界 滑 移 機(jī) 理 。 1） 擴(kuò) 散 蠕 變 機(jī) 理 該 機(jī) 理 認(rèn) 為 材 料 內(nèi) 部 的 空 位 濃 度 差 是 產(chǎn) 生 蠕 變 的 主 要 原 因 ; 并 且 認(rèn) 為 空位 濃 度 的 變 化 量 與 材 料 的 外 加 應(yīng) 力 成 正 比 , 同 時(shí) 晶 界 對(duì) 空 位 的 消 失 和 產(chǎn) 生 起主 要 作 用 。 由 于 位 錯(cuò) 、 晶 界 等 非 平 衡 缺 陷 的 存 在 ， 在 外
3、界 應(yīng) 力 的 作 用 下 ， 實(shí) 際 材 料中 原 子 的 力 化 學(xué) 勢(shì) 場(chǎng) 分 布 并 不 均 勻 相 等 ， 從 而 導(dǎo) 致 不 同 區(qū) 域 之 間 原 子 擴(kuò) 散 流的 產(chǎn) 生 ， 材 料 發(fā) 生 擴(kuò) 散 蠕 變 。 晶 界 上 的 張 應(yīng) 力 使 空 位 的 濃 度 增 加 到 c=c0exp(/kT)壓 應(yīng) 力 使 濃 度 減 少 到 ： c=c0exp(- /kT)式 中 ： 為 空 位 體 積 ， c0為 平 衡 濃 度 。 應(yīng) 力 造 成 空 位 濃 度 差 ， 質(zhì) 點(diǎn) 由 高 濃 度 向 低 濃 度 擴(kuò) 散 ， 即 原 子 遷 移 到 平 行 于 壓應(yīng) 力 的 晶 界 ，
4、 導(dǎo) 致 晶 粒 伸 長(zhǎng) ， 引 起 形 變 。 圖 （ 2 ） 擴(kuò) 散 蠕 變 2)晶 格 機(jī) 理 晶 格 機(jī) 理 是 由 于 晶 體 內(nèi) 部 的 自 擴(kuò) 散 而 使 位 錯(cuò) 進(jìn) 行 攀 移 。 在 一 定 溫 度 下 ，熱 運(yùn) 動(dòng) 的 晶 體 中 存 在 一 定 數(shù) 量 空 位 和 間 隙 原 子 ； 位 錯(cuò) 線 處 一 列 原 子 由 于 熱 運(yùn)動(dòng) 移 去 成 為 間 隙 原 子 或 吸 收 空 位 而 移 去 ； 位 錯(cuò) 線 移 上 一 個(gè) 滑 移 面 。 或 其 他 處的 間 隙 原 子 移 入 而 增 添 一 列 原 子 ， 使錯(cuò) 位 線 向 下 移 一 個(gè) 滑 移 面 。 位 錯(cuò)
5、 在 垂 直 滑 移 面 方 向 的 運(yùn) 動(dòng) 稱為 位 錯(cuò) 的 攀 移 運(yùn) 動(dòng) ， 見 圖 （ 3） 。 圖 （ 3 ） 位 錯(cuò) 攀 移 實(shí) 際 生 產(chǎn) 中 利 用 位 錯(cuò) 的 爬 移 運(yùn) 動(dòng) 來(lái) 消 除 位 錯(cuò) 。位 錯(cuò) 爬 移 時(shí) ， 應(yīng) 變 速 率 ： U=Anexp(-Q/RT)= Anexp(S /R)exp(- H/RT)式 中 ， Q為 自 擴(kuò) 散 激 活 能 ； S為 熵 ； H為 自 擴(kuò) 散 激 活 焓 。 該 方 程 為杜 恩 和 魏 脫 邁 方 程 。位 錯(cuò) 爬 移 是 第 二 階 段 蠕 變 的 發(fā) 生 機(jī) 理 ， 當(dāng) 溫 度 、 應(yīng) 力 恒 定 時(shí) ， 應(yīng) 變 速 率
6、 為 一常 數(shù) ?；?移 和 爬 移 的 區(qū) 別 ： 滑 移 與 外 力 有 關(guān) ； 爬 移 與 晶 體 中 的 空 位 和 間 隙 原 子 有 關(guān) 。 3)晶 界 蠕 變 理 論 晶 界 對(duì) 蠕 變 速 率 有 兩 種 影 響 ： 高 溫 下 ， 晶 界 能 彼 此 相 對(duì) 滑 動(dòng) ， 使 剪 應(yīng) 力得 到 松 弛 ； 晶 界 本 身 是 位 錯(cuò) 源 ， 離 晶 界 約 為 一 個(gè) 障 礙 物 間 距 內(nèi) 的 位 錯(cuò) 會(huì) 消 失 。說(shuō) 明 ： 大 角 度 晶 界 是 晶 格 匹 配 差 的 區(qū) 域 ， 可 以 認(rèn) 為 是 晶 粒 之 間 的 非 晶 態(tài) 結(jié) 構(gòu) 區(qū) 域 。 在 高 溫 下 ， 晶 界 表 現(xiàn) 為 粘 滯 性 擴(kuò) 散 蠕 變 與 晶 界 蠕 變 是 互 動(dòng) 的 。 如 果 蠕 變 由 擴(kuò) 散 過(guò) 程 產(chǎn) 生 ， 為 了 保 持 晶 粒聚 在 一 起 ， 就 要 求 晶 界 滑 動(dòng) ； 另 一 方 面 ， 如 果 蠕 變 起 因 于 晶 界 滑 動(dòng) ， 要 求 擴(kuò) 散過(guò) 程 來(lái) 調(diào) 整 。
高溫蠕變機(jī)制
