航空材料蠕变曲线及影响因素

根据金属狭义蠕变的定义，在恒定温度和恒定负荷作用下的蠕变现象可用参量为应变和时间的蠕变曲线来描述。典型蠕变曲线如图16-1所示。

图16-1 典型蠕变曲线

图16-1中，oa线段是试样加载后所引起的瞬时应变e₀，又称起始应变。如果施加的应力超过金属材料在该温度下的弹性极限，则e₀包括弹性应变和塑性应变两部分，起始应变不属于蠕变。从a点开始随时间增加而产生的应变属于蠕变，包括随时间变化的塑性应变和随时间变化的弹性应变两部分。图16-1中abcd曲线即为蠕变曲线。

蠕变曲线上任一点的斜率，表示该点的蠕变速度。

按照蠕变速度的变化情况，可将蠕变过程分成三个阶段：

ab为蠕变第Ⅰ阶段，也称减速蠕变阶段。这一阶段随着时间的增长，蠕变速度减小，也称不稳定蠕变，到b点蠕变速度达到最小值。

bc为蠕变第Ⅱ阶段，是恒速蠕变阶段。这一阶段的特点是随着时间的增长，蠕变速度几乎保持不变，又称为稳定蠕变阶段，通常作为衡量材料蠕变抗力的依据。材料的最小蠕变速率就是指这一阶段的蠕变速度。

cd为蠕变第Ⅲ阶段，是加速蠕变阶段。随着时间的增长，蠕变速度逐渐增大，直至d点产生蠕变断裂。(www.xing528.com)

蠕变加载过程的载荷-伸长曲线如图16-2所示。由图16-2可见，起始应变包括起始弹性应变和起始塑性应变，两者都不属于随时间增长而增加的蠕变变形。

不是所有的蠕变曲线都会显示三个阶段，只有在温度和应力适当的条件下才能得到三个阶段特征明显的蠕变曲线。

不同材料在相同条件下，得到的蠕变曲线各不相同；同一种材料的蠕变曲线也随应力和温度的不同而异。在恒定温度（t_c）下改变应力或在恒定应力（σ_c）下改变温度，蠕变曲线的变化如图16-3所示。

图16-2 蠕变加载过程阶段的载荷-伸长曲线

图16-3 应力和温度变化对蠕变曲线的影响

由图16-3可见，升高温度和增加应力对于蠕变曲线的影响是极其相似的。当应力较小或温度较低时，蠕变第Ⅱ阶段时间较长，甚至可能不产生第Ⅲ阶段；相反，当应力较大或温度较高时，蠕变第Ⅱ阶段很短，甚至完全消失（b、c重叠为一点）。