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了解材料中的蠕变

蠕变,有时称为冷流,是固体材料在承受持续的机械载荷时缓慢移动或发生不可逆变形的趋势。在检查在高负载或高温下运行的组件时,工程师和冶金学家通常会担心蠕变。称为蠕变的变形机制可能是也可能不是失效模式。本文将对以下问题进行解答:

现在让我们开始吧!

什么是材料中的蠕变?

蠕变,有时也称为冷流,是固体材料在承受持续的机械载荷时缓慢移动或发生不可逆变形的趋势。

这可能是由于长时间暴露于仍低于材料屈服强度的高应力水平而发生的。长期受热会使蠕变更加严重,并且随着材料接近熔点,蠕变通常会变得更糟。材料的质量、暴露时间、暴露温度和施加的结构载荷都会影响材料变形的速度。

根据所施加应力的强度和持续时间,变形可能会增加到组件无法再发挥作用的程度。例如,涡轮叶片的蠕变可能导致叶片与外壳接触并失效。在检查在高负载或高温下运行的组件时,工程师和冶金学家通常会担心蠕变。一种称为蠕变的变形机制可能是也可能不是失效模式。

例如,一些混凝土工程师喜欢适度的蠕变,因为它减少了可能导致开裂的拉伸应变。与脆性断裂不同,施加应力时不会立即发生蠕变变形。相反,持续的压力会导致应变累积。因此,蠕变是一种“时间相关”的变形。

材料蠕变的阶段是什么?

蠕变是一种金属变形,在低于金属屈服强度的载荷下发生,通常在高温下。蠕变分为三个阶段:

初级或第一阶段

在变形过程中,首先发生初级蠕变。此时弹性变形才刚刚开始。原子键拉伸导致暂时的弹性变形。弹性变形后开始发生永久塑性变形。这种失真在初级蠕变阶段开始得更快,然后随着时间的推移而减慢。加工硬化是主要蠕变阶段接近尾声时蠕变速率降低的原因。

中学或第二阶段

一旦应变率开始稳定并变得恒定,二次蠕变就开始了。与蠕变的第一阶段和第三阶段相比,二次蠕变过程中的应变发生得非常缓慢。由于没有任何微观结构损伤,蠕变速率稳定且相当缓慢。

第三阶段或第三阶段

蠕变变形过程以三次蠕变结束。一旦金属的微观结构受损,蠕变过程的这一步就开始了。随着微观结构越来越恶化,应变率增加。一旦产生了足够多的微观结构空隙,金属最终会断裂并失效。

什么是蠕变强度?

当受到高即时压力或长时间持续压力时,材料会做出不同的反应。当材料持续受到机械应变时,它似乎会缓慢移动或永久变形。

爬行是这种与生俱来的倾向的名称。温度、时间、应力和合金成分是影响材料蠕变开始和发展的一些因素。蠕变变形率是滑移百分比的名称。 Creep 需要了解许多工程应用,尤其是那些处理高温和应力的应用。蒸汽管道、宇宙飞船和涡轮机中的一些蠕变撞击实例是圆盘和叶片。

蠕变极限,也称为蠕变强度,衡量材料承受蠕变的能力。特别是应力是指导致稳定蠕变速率的外部因素。这意味着材料在给定时间内没有发生显着变形而承受的最高应力是导致抗裂性的原因。

蠕变变形有哪些类型?

位错蠕变、扩散蠕变(体扩散或晶界扩散)、位错爬升-滑动蠕变和热触发滑动蠕变是蠕变变形的几个例子。这些蠕变机制都取决于材料变形的温度、材料承受的应力大小以及材料的微观结构和成分。

例如,由阳光直射加热的连续焊接钢轨可能会在铁轨上弯曲。这是由钢材日益增长的张力和随之而来的蠕变引起的。在适度蠕变下,混凝土可能会断裂,但这有时是有利的,因为它有助于降低结构中的拉伸应变。聚合物上的恒定应力会导致随时间变化的应变增加过程,称为粘弹性蠕变。

creep 的常见实例有哪些?

通常,在某些应用程序中可以注意到蠕变。例如,由于它们的静态负载和工作温度低,汽车框架更注重冲击强度。另一方面,如果选择了错误的材料,某些汽车发动机部件可能会因发动机燃烧而承受高负荷和高温。

高温和极端应力的应用经常容易发生蠕变。例子包括核能的生产、工业发动机的零件、加热的金属丝、喷气发动机的零件和加压的高温管道。

如何测量蠕变强度?

蠕变试验机是一种测量材料在各种应力​​下变形的工具,用于评估蠕变强度。以温度或载荷为变量,它可用于绘制材料可以承受多少应力和应变。下图显示了蠕变的 3 个独特阶段——初级蠕变、稳态蠕变和三次蠕变。

蠕变每一步的温度和时间间隔可以从图表中确定。因此,图表的三次蠕变阶段可用于确定蠕变强度或蠕变极限。为了最大限度地减少热膨胀的影响,必须调节进行蠕变试验的室的温度。

如何最小化或避免蠕变变形?

现在很明显,蠕变变形通常是一件坏事。可以进行某些设计考虑以减轻其影响或防止其发生,其中一些包括:

总结

现在很清楚,蠕变变形通常是一种不希望出现的现象。为减少其影响或防止其发生,应遵循上述步骤。

在材料科学中,蠕变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。

这就是本文的全部内容,其中正在回答以下问题:

希望您能从阅读中学到很多东西,如果是的话,请与他人分享感谢您的阅读,我们再见!


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