关于蠕变,一定要重视起来
2021.07.15
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作者:中钢国检
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一些建筑物上的塑料管道,会随着时间的增加而弯曲变形;一件常挂在墙上的雨衣,由于它本身的自重也会使它沿着悬挂方向变形;生产及生活当中,很多物体都会随着时间的变化,在一定恒力作用下而发生变形,这些现象都认为是材料的蠕变现象。
蠕变现象是在一定温度和远低于该材料断裂强度的恒定外力作用下,材料的形变随时间增加而逐渐增大的现象。它与塑性变形不同,塑性变形通常在应力超过弹性极限之后才出现,而蠕变只要应力的作用时间相当长,它在应力小于弹性极限施加的力时也能出现。

蠕变反映的是材料在载荷下的流变性质,即受载后的流动;对于塑料和其他高分子材料而言反映了其内在的粘弹性。而且蠕变性还反映了塑料在温度变化下,自身的稳定情况。
作用于材料的外力可以使拉伸、压缩和剪切,不同的外力会使其产生伸长、压缩和剪切等不同的应变,相应的现象称为拉伸蠕变、压缩和剪切蠕变。
1、初始蠕变或过渡蠕变,应变随时间延续而增加,但增加的速度逐渐减慢;
2、稳态蠕变或定常蠕变,应变随时间延续而匀速增加,这个阶段较长;
3、加速蠕变,应变随时间延续而加速增加,直达破裂点。

温度和应力也会对蠕变曲线产生影响,在应力较小或温度较低时,蠕变第二阶段持续时间较长,甚至不出现第三阶段。反之,蠕变第二阶段很短,甚至消失,很短时间内就断裂。
碳素钢在温度超过300~350℃时,合金钢在350~400℃时,才发生蠕变,铅、锡等低熔点金属在室温就会出现蠕变,高聚物在室温以下就会发生蠕变,而高熔点的陶瓷材料在1100℃以上也不发生明显蠕变。
目前常用的蠕变性能指标有蠕变极限和持久强度。蠕变极限是高温长时载荷下材料对变形的抗力指标,是以蠕变变形来规定的,适用于高温运行中需要严格控制变形的零件,如涡轮叶片。

对于高温材料,除测定蠕变极限外,还必须测定持久强度。所谓持久强度,即在给定温度下,在规定时间内发生蠕变断裂的应力。
如锅炉、管道等在高温下工作蠕变变形很小,或是对变形量要求不严格,只要求零件在使用期内不发生断裂,这时就要用持久强度指标。
蠕变断裂分为韧性和脆性两种,一般情况下,韧性断裂表现为穿晶断裂,有颈缩,而脆性断裂表现为沿晶断裂,无颈缩。
虽然蠕变可能会导致材料的断裂,影响其使用性能,但蠕变作用对一些材料来说不一定是坏处。比如,利用高分子材料的蠕变性能可以制作蠕变性防水材料。蠕变性防水材料可以作为防水涂料单独使用、与卷材复合使用或者在现有的防水卷材底层先行涂敷成为自粘卷材。

刮涂或喷涂在基层上的蠕变性防水材料,可以很好地封闭基层的毛细孔洞和微细裂缝,使基层有一定的防水能力。当基层开裂拉伸防水层时,由蠕变性防水材料形成的构造层次吸收了来自基层的应力,使应力不会传递给防水层,保护防水层不被拉断。这样不仅能防止防水层出现渗漏,还能延长防水层的使用寿命。
很多工程都涉及蠕变问题,蠕变作用对于材料的破坏力也必须重视,所以很多材料及产品在使用前需要做蠕变方面的试验,以检测其性能是否满足设计及使用需求。
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