
【化】 creep speed
蠕变速度(Creep Rate)是材料科学与工程学中的核心概念,指材料在恒定应力作用下发生缓慢且持续塑性变形的速率。根据ASM International出版的权威手册《Metals Handbook》定义,该参数通常通过三阶段模型描述:初始阶段(减速蠕变)、稳态阶段(恒速蠕变)和加速阶段(最终断裂),其中第二阶段的稳定速率被广泛用作高温材料性能评估指标。
在工程实践中,蠕变速度的量化公式为:
$$
dot{epsilon} = Asigma^n e^{-Q/(RT)}
$$
式中$dot{epsilon}$表示蠕变速率,$sigma$为施加应力,$n$为应力指数,$Q$是激活能,$R$为理想气体常数,$T$为绝对温度,该本构关系由剑桥大学材料系研究团队在《Progress in Materials Science》期刊中系统阐述。
美国材料试验协会(ASTM)制定的E139-06标准明确规定,蠕变测试需在精确控温(±1℃)和恒载荷条件下进行,通过延伸计持续记录变形量,测试周期可达数千小时。这一方法已成功应用于燃气轮机叶片(工作温度超1000℃)和核反应堆压力容器(设计寿命40年)等关键部件的寿命预测。
蠕变速度是指材料在恒定应力和温度条件下,随时间推移发生塑性变形的速率。以下是综合不同来源的详细解释:
蠕变速度特指蠕变第二阶段(稳定阶段)的恒定变形速率。在高温或长期应力作用下,材料会经历三个阶段:
其中,工程设计中主要关注第二阶段的蠕变速度,因为它决定了材料的持久寿命。
温度
温度升高会显著增大蠕变速度。例如,金属材料在熔点的30%~50%温度范围内,原子扩散能力增强,晶格位错更易移动。
应力水平
应力与蠕变速度呈正相关关系,数学上常用幂律方程描述:
$$
dot{varepsilon} = A sigma^n e^{-Q/(RT)}
$$
其中$dot{varepsilon}$为蠕变速度,$sigma$为应力,$n$为应力指数,$Q$为激活能,$R$为气体常数,$T$为绝对温度。
材料特性
如需更完整的蠕变曲线图或具体材料参数,可参考材料力学手册或高温性能数据库。
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