
【化】 creep speed
蠕變速度(Creep Rate)是材料科學與工程學中的核心概念,指材料在恒定應力作用下發生緩慢且持續塑性變形的速率。根據ASM International出版的權威手冊《Metals Handbook》定義,該參數通常通過三階段模型描述:初始階段(減速蠕變)、穩态階段(恒速蠕變)和加速階段(最終斷裂),其中第二階段的穩定速率被廣泛用作高溫材料性能評估指标。
在工程實踐中,蠕變速度的量化公式為:
$$
dot{epsilon} = Asigma^n e^{-Q/(RT)}
$$
式中$dot{epsilon}$表示蠕變速率,$sigma$為施加應力,$n$為應力指數,$Q$是激活能,$R$為理想氣體常數,$T$為絕對溫度,該本構關系由劍橋大學材料系研究團隊在《Progress in Materials Science》期刊中系統闡述。
美國材料試驗協會(ASTM)制定的E139-06标準明确規定,蠕變測試需在精确控溫(±1℃)和恒載荷條件下進行,通過延伸計持續記錄變形量,測試周期可達數千小時。這一方法已成功應用于燃氣輪機葉片(工作溫度超1000℃)和核反應堆壓力容器(設計壽命40年)等關鍵部件的壽命預測。
蠕變速度是指材料在恒定應力和溫度條件下,隨時間推移發生塑性變形的速率。以下是綜合不同來源的詳細解釋:
蠕變速度特指蠕變第二階段(穩定階段)的恒定變形速率。在高溫或長期應力作用下,材料會經曆三個階段:
其中,工程設計中主要關注第二階段的蠕變速度,因為它決定了材料的持久壽命。
溫度
溫度升高會顯著增大蠕變速度。例如,金屬材料在熔點的30%~50%溫度範圍内,原子擴散能力增強,晶格位錯更易移動。
應力水平
應力與蠕變速度呈正相關關系,數學上常用幂律方程描述:
$$
dot{varepsilon} = A sigma^n e^{-Q/(RT)}
$$
其中$dot{varepsilon}$為蠕變速度,$sigma$為應力,$n$為應力指數,$Q$為激活能,$R$為氣體常數,$T$為絕對溫度。
材料特性
如需更完整的蠕變曲線圖或具體材料參數,可參考材料力學手冊或高溫性能數據庫。
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