时间
温度和应力对蠕变曲线的影响
蠕变机理
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。

1 . 晶格机理
晶体的塑性形变主要是由于位错的滑移、 位错攀移等形式沿着特定的方向运动所致。
位错的滑移沿着滑移面运动，而位错攀移
是垂直于滑移面运动。
实际生产中利用位错的爬移运动来消除位错。
塑性形变的机理（位错运动理论）
从原子尺度变化解释塑性形变：当构成晶体的一部 分原子相对于另一部分原子转移到新平衡位置时， 晶体出现永久形变，晶体体积没有变化，仅是形状 发生变化。
如果所有原子同时移动，需要很大能量才出现滑动， 该能量接近于所有这些键同时断裂时所需的离解能 总和； 由此推断产生塑变所需能量与晶格能同一数量级； 实际测试结果：晶格能超过产生塑变所需能量几个 数量级。
1.2
材料的塑性、蠕变性与超塑性
塑性形变：微观结构相邻部分产生永久性位
移，在外力移去后形变不能恢复的现象。
材料直到断裂所经受塑性形变的程度称为延 展性。如果一种材料在断裂前不发生或只发生很 小的塑性形变，那么这种材料是脆性的。
1.2.1 晶体的塑性形变
滑移
孪晶
1. 晶格滑移 滑移：晶体的一部分相对另一部分平移滑动。 滑移面和滑移方向的组合称为滑移系。 滑移系越多，塑性越好，但不是唯一因素？ 结构中最小结构单元越小，越容易发生滑移，因 此在最密排面上最容易滑移 滑移发生在密排方向上，因为在此方向上两个平 衡原子之间的距离最短，滑移所需能量最小
实测的剪切强度比理 论值要低几个数量级
金属与非金属晶体滑移难易的比较
金属 金属键无方向性
非金属 共价键或离子键有方向 结构复杂 滑移系统少
结构简单
滑移系统多
多晶体的塑性变形
多晶体特点
多晶体中每个晶粒 变形的基本方式与 单晶体相同
相邻晶粒之间的取向
晶界
多晶体的塑性变形特点
1. 各晶粒变形 的不同时性 2. 各晶粒变形 的相互协调性 3. 各晶粒变形 的不均匀性
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。
特点：曲线较陡，说明蠕变速率随时间增加 而快速增加。
2.
影响蠕变曲线形状的因素
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）
n
n变动在2～20之间，n=4最为常见。
延 伸 率
温 度 或 应 力
F
P8—图1.8-1.9 板书
理想晶体中，原子间作用力近似正弦变化，b表示原子间的 距离，d表示面间距，图中发现当原子位移量u达到b/4时， 引力达到最大。剪切应力客服这一最大引力，即发生永久变 形，此时的剪切应力就是晶体的理论剪切强度：
以上是近似的推导，更精确的推导可以得到理论剪切 强度为G/30~G/10

















临界分解剪切应力
滑移面面积：S/cos ；

S






F在滑移面上分剪力：Fcos ；
滑移面上分剪应力：

= Fcos/(S/cos )=(F/S)coscos
滑移方向

滑移面
在同样外应力作用下，引起滑移面 上剪应力大小决定 cos cos 的 大小； 滑移系统越多， cos cos 大的机 会就多，达到临界剪切应力的机会 也越多。
2.3.1 典型的蠕变曲线 1. 各阶段的特点
8
延 6 伸 率 4 × 10-2
2
第三阶段蠕变 第二阶段蠕变 第一阶段蠕变 时间（小时）
0 100 200 300 400 500 600
0
（1） 弹性形变阶段 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。 （2）第一阶段蠕变（蠕变减速阶段或过渡阶段） 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。
（3）第二阶段蠕变
此阶段的形变速率最小，且恒定，也为稳定态 蠕变。形变与时间的关系为线性关系： =Kt
（4）第三阶段蠕变（加速蠕变） 此阶段是断裂即将来临之前的最后一个阶段。







晶粒细化
多晶体有不同取向的晶粒组成，塑性变形时， 晶粒取向不同，位错滑移时，晶粒之间相互制 约、影响，细化晶粒提高材料的强度
晶粒越细，单位体积中晶粒数量越多，变形时同 样的形变量便可分散在更多的晶粒中发生，晶粒 转动的阻力小，晶粒间易于协调，产生较均匀的 变形，不致于造成局部的应力集中，而引起裂纹 的过早产生和发展，因而断裂前便可发生较大的 塑性变形量，细化晶粒可以提高延性
影响塑性形变的因素
影响因素 晶体结构和键型 本征缺陷 缺陷类型 点缺陷 线缺陷 较大缺陷 面缺陷 杂质 缺陷形貌 空位，填隙原子 刃位错 螺旋位错 空洞，气孔 晶界 晶格或晶界固溶非 连续第二相物质
外来缺陷
1.2.2
材料的高温蠕变
蠕变是在高温条件下，受到恒定应力作 用，随着时间的增长持续发生形变的现象， 即时间－－应变的关系。 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。