蠕变及其影响因素

蠕变及其影响因素1.蠕变钢在长时间的恒温、恒载作用下，发生缓慢的塑性变形现象称为蠕变。蠕变是一种由热作用引起的，金属的晶格发生位错，点阵中的原子自身扩散（位置交换或位置迁移）形成了蠕变，蠕变可以在单一应力（拉力、压力或扭拒），也可在复合应力下产生。蠕变曲线能够描述钢在一定温度、应力作用下蠕变整个变形过程，如图23-1所示。Oa为开始加载后所引起的瞬时变形；ab为蠕变的第一阶段，这个阶段蠕变速度随时间的增加而逐渐减少（称减速阶段或不稳定阶段）；cd为蠕变第三阶段，在这个阶段中蠕变加速进行（称加速阶段或最后阶段），直至d点断裂。2.对蠕变行为的影响因素2.1通过固溶强化对晶格造成约束在热强钢中加入Mo、Mn、W、Cr、等元素实现固溶强化，增强了固溶体原子间结合力和晶格畸变，提高蠕变抗力和持久强度。如低碳钢的工作温度一般在450~480℃，当加入0.5%Mo（0.5Mo钢），最高工作温度可达500℃左右。为防止高温、长期运行会生产石墨化，加入Cr元素，同时也提高钢的抗氧化性。2.2通过减少钢中的有害伴生元素净化晶界在高温、长时间承受应力时，晶界也参与变形，当变形速度越慢，晶界变形的比例越大。这是由于晶界处原子排列不规则，位错和空位多，S、P等有害杂质易在晶界偏析聚集，造成晶界热强性很低，因此晶界是高温条件下的薄弱环节。热强钢应严格限制杂质元素，选用优质钢和特殊优质钢实现净化晶界，同时还应加入B、Zr等微量元素减少晶界缺陷，提高晶界强度。2.3通过正火处理使晶粒分布均匀对于常温力学性能来说，一般是晶粒越细小则强度和硬度越高，同时塑性和韧性也越好。在高温条件下，原子沿晶界的扩散速度比晶粒内大得多，晶界成为最薄弱的部位，希望得到适中的晶粒度心减少晶界面积。2.4通过弥散强化阻碍位错动力加入V、Ti、Nb等元素，形成（V4C3、TiC、NbC）高温时和稳定且不易聚集长大的碳化物相，析出的碳化物呈细小弥散状、均匀地分布在晶料的滑移面上，阻碍位错的运动，达到高温强化目的。2.5通过改变金属的晶格结构提高热强性具有耐心立方晶格的奥氏体与体心立方晶格铁素体相比，原子排列密度大，结合力强，原子扩散困难，提高了再结晶温度。常加入Cr、Ni合金元素使晶格由体心立方转变为面心立方。