關(guān)于蠕變，一定要重視起來
2021.07.15
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作者：中鋼國檢
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問題回復(fù)：
一些建筑物上的塑料管道，會(huì)隨著時(shí)間的增加而彎曲變形；一件常掛在墻上的雨衣，由于它本身的自重也會(huì)使它沿著懸掛方向變形；生產(chǎn)及生活當(dāng)中，很多物體都會(huì)隨著時(shí)間的變化，在一定恒力作用下而發(fā)生變形，這些現(xiàn)象都認(rèn)為是材料的蠕變現(xiàn)象。
蠕變現(xiàn)象是在一定溫度和遠(yuǎn)低于該材料斷裂強(qiáng)度的恒定外力作用下，材料的形變隨時(shí)間增加而逐漸增大的現(xiàn)象。它與塑性變形不同，塑性變形通常在應(yīng)力超過彈性極限之后才出現(xiàn)，而蠕變只要應(yīng)力的作用時(shí)間相當(dāng)長，它在應(yīng)力小于彈性極限施加的力時(shí)也能出現(xiàn)。
蠕變反映的是材料在載荷下的流變性質(zhì)，即受載后的流動(dòng)；對(duì)于塑料和其他高分子材料而言反映了其內(nèi)在的粘彈性。而且蠕變性還反映了塑料在溫度變化下，自身的穩(wěn)定情況。
作用于材料的外力可以使拉伸、壓縮和剪切，不同的外力會(huì)使其產(chǎn)生伸長、壓縮和剪切等不同的應(yīng)變，相應(yīng)的現(xiàn)象稱為拉伸蠕變、壓縮和剪切蠕變。
蠕變隨時(shí)間的延續(xù)大致分3個(gè)階段：
1、初始蠕變或過渡蠕變，應(yīng)變隨時(shí)間延續(xù)而增加，但增加的速度逐漸減慢；
2、穩(wěn)態(tài)蠕變或定常蠕變，應(yīng)變隨時(shí)間延續(xù)而勻速增加，這個(gè)階段較長；
3、加速蠕變，應(yīng)變隨時(shí)間延續(xù)而加速增加,直達(dá)破裂點(diǎn)。
溫度和應(yīng)力也會(huì)對(duì)蠕變曲線產(chǎn)生影響，在應(yīng)力較小或溫度較低時(shí)，蠕變第二階段持續(xù)時(shí)間較長，甚至不出現(xiàn)第三階段。反之，蠕變第二階段很短，甚至消失，很短時(shí)間內(nèi)就斷裂。
不同的材料出現(xiàn)明顯的蠕變溫度不同，例如：
碳素鋼在溫度超過300~350℃時(shí)，合金鋼在350~400℃時(shí)，才發(fā)生蠕變，鉛、錫等低熔點(diǎn)金屬在室溫就會(huì)出現(xiàn)蠕變，高聚物在室溫以下就會(huì)發(fā)生蠕變，而高熔點(diǎn)的陶瓷材料在1100℃以上也不發(fā)生明顯蠕變。
目前常用的蠕變性能指標(biāo)有蠕變極限和持久強(qiáng)度。蠕變極限是高溫長時(shí)載荷下材料對(duì)變形的抗力指標(biāo)，是以蠕變變形來規(guī)定的，適用于高溫運(yùn)行中需要嚴(yán)格控制變形的零件，如渦輪葉片。
對(duì)于高溫材料，除測定蠕變極限外，還必須測定持久強(qiáng)度。所謂持久強(qiáng)度，即在給定溫度下，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)發(fā)生蠕變斷裂的應(yīng)力。
如鍋爐、管道等在高溫下工作蠕變變形很小，或是對(duì)變形量要求不嚴(yán)格，只要求零件在使用期內(nèi)不發(fā)生斷裂，這時(shí)就要用持久強(qiáng)度指標(biāo)。
蠕變斷裂分為韌性和脆性兩種，一般情況下，韌性斷裂表現(xiàn)為穿晶斷裂，有頸縮，而脆性斷裂表現(xiàn)為沿晶斷裂，無頸縮。
雖然蠕變可能會(huì)導(dǎo)致材料的斷裂，影響其使用性能，但蠕變作用對(duì)一些材料來說不一定是壞處。比如，利用高分子材料的蠕變性能可以制作蠕變性防水材料。蠕變性防水材料可以作為防水涂料單獨(dú)使用、與卷材復(fù)合使用或者在現(xiàn)有的防水卷材底層先行涂敷成為自粘卷材。
刮涂或噴涂在基層上的蠕變性防水材料，可以很好地封閉基層的毛細(xì)孔洞和微細(xì)裂縫，使基層有一定的防水能力。當(dāng)基層開裂拉伸防水層時(shí)，由蠕變性防水材料形成的構(gòu)造層次吸收了來自基層的應(yīng)力，使應(yīng)力不會(huì)傳遞給防水層，保護(hù)防水層不被拉斷。這樣不僅能防止防水層出現(xiàn)滲漏，還能延長防水層的使用壽命。
很多工程都涉及蠕變問題，蠕變作用對(duì)于材料的破壞力也必須重視，所以很多材料及產(chǎn)品在使用前需要做蠕變方面的試驗(yàn)，以檢測其性能是否滿足設(shè)計(jì)及使用需求。
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