蠕變是(shi)(shi)指鋼(gang)與合金在(zai)高(gao)溫下，即使承(cheng)受的是(shi)(shi)低于該溫度的屈服強(qiang)度的載荷，也會發生連續而緩慢(man)的塑(su)性變形現象。鋼(gang)在(zai)室溫條件下，不存在(zai)蠕變。
金(jin)屬(shu)在(zai)高(gao)溫(wen)下(xia)的(de)蠕(ru)(ru)變行為(wei)，可(ke)以(yi)用典型(xing)的(de)蠕(ru)(ru)變曲線(xian)來(lai)表示和(he)描述，如圖(tu)4-1所示。圖(tu)4-1中曲線(xian)表示在(zai)恒溫(wen)、恒應(ying)力下(xia)，隨著時間的(de)延長(chang)，試樣發生蠕(ru)(ru)變的(de)情(qing)況。從圖(tu)4-1可(ke)以(yi)看(kan)出(chu)，蠕(ru)(ru)變曲線(xian)可(ke)分為(wei)四段：
①. 初始形變（也稱瞬間形變）階段，即(ji)0～1段，在(zai)此(ci)階段內(nei)產生加(jia)載后瞬間的(de)彈(dan)性形變和塑性形變；
②. 蠕變(bian)減速階(jie)段(duan)(duan)（也(ye)稱第Ⅰ蠕變(bian)階(jie)段(duan)(duan)），即1～2段(duan)(duan)，在(zai)此階(jie)段(duan)(duan)蠕變(bian)速度逐漸減小；
③. 蠕變恒(heng)速階(jie)段(duan)（第Ⅱ蠕變階(jie)段(duan)），即2～3段(duan)，在(zai)此階(jie)段(duan)蠕變速度(du)保持(chi)恒(heng)定，也就是說該階(jie)段(duan)蠕變速度(du)為常(chang)數；
④. 蠕(ru)變(bian)加速(su)階段(duan)(duan)(duan)（第Ⅲ蠕(ru)變(bian)階段(duan)(duan)(duan)），即3～4段(duan)(duan)(duan)，在此(ci)階段(duan)(duan)(duan)蠕(ru)變(bian)速(su)度逐漸(jian)加大，形變(bian)加快，到4點發(fa)生(sheng)斷裂，蠕(ru)變(bian)過程結束(shu)。
蠕變(bian)(bian)只能在高(gao)于一定(ding)的溫度時(shi)才會(hui)發(fa)生，在低(di)(di)溫條件下，若載(zai)荷低(di)(di)于彈(dan)性(xing)極限，除了(le)加載(zai)的初始瞬間(jian)產生一定(ding)的彈(dan)性(xing)形變(bian)(bian)外，隨時(shi)間(jian)延長(chang)，不再發(fa)生塑(su)性(xing)形變(bian)(bian)。
不(bu)同(tong)(tong)(tong)的(de)鋼(gang)與合金，由于組織結構(gou)的(de)不(bu)同(tong)(tong)(tong)，發生蠕變的(de)最低溫(wen)度是不(bu)相同(tong)(tong)(tong)的(de)，這(zhe)是因為不(bu)同(tong)(tong)(tong)的(de)鋼(gang)與合金，在溫(wen)度和(he)應力(li)的(de)共同(tong)(tong)(tong)作用下，內(nei)部組織結構(gou)發生了不(bu)同(tong)(tong)(tong)變化的(de)緣故。
許多壓力容器用鋼必須在蠕變(bian)條件下(xia)操作，設計的(de)原理(li)(li)一般(ban)是以試樣(yang)的(de)數據為基礎，包括(kuo)確定構件在預計的(de)壽命(ming)內不(bu)發生失效的(de)應力。蠕變(bian)的(de)現(xian)象很(hen)好(hao)理(li)(li)解，設計的(de)原理(li)(li)也很(hen)清楚(chu)，不(bu)會遇到特殊(shu)的(de)問(wen)題(ti)。然而，有兩(liang)個值得注意的(de)問(wen)題(ti)。
①. 如果設計不良(liang)會產生難(nan)以預見的高的局部(bu)應力，從而使局部(bu)的蠕變變形(xing)超過蠕變韌性，導(dao)致過早(zao)地(di)失效(xiao)。
②. 如果不能消除結構應力(li)，殘余應力(li)可能疊加在載(zai)荷引起(qi)的應力(li)上，從而導(dao)致過早(zao)地蠕變失效。
如管子(zi)的焊接(jie)處(chu)(chu)易于發生這種情況。因此(ci)，切記要在(zai)使用(yong)前對在(zai)蠕變條件下工作的容器，進行應力消除(chu)處(chu)(chu)理。
蠕變(bian)(bian)試(shi)驗(yan)(yan)：材料的(de)耐高溫(wen)(wen)試(shi)驗(yan)(yan)通(tong)常分為三類，即高溫(wen)(wen)下(xia)(xia)的(de)短(duan)期(qi)試(shi)驗(yan)(yan)（拉伸、壓縮、彎(wan)曲、剪切、扭轉和沖擊），高溫(wen)(wen)停留一定時間后在(zai)室溫(wen)(wen)下(xia)(xia)的(de)短(duan)期(qi)試(shi)驗(yan)(yan)和室溫(wen)(wen)下(xia)(xia)的(de)長期(qi)試(shi)驗(yan)(yan)。長期(qi)強度(du)試(shi)驗(yan)(yan)依此可以(yi)分為恒定載(zai)荷試(shi)驗(yan)(yan)（蠕變(bian)(bian)、應(ying)(ying)力(li)-斷裂(lie)和許多疲(pi)勞(lao)試(shi)驗(yan)(yan)）或(huo)恒定變(bian)(bian)形(xing)試(shi)驗(yan)(yan)（應(ying)(ying)力(li)釋放和某(mou)些疲(pi)勞(lao)試(shi)驗(yan)(yan)）。
①. 蠕變強(qiang)度（又(you)稱蠕變極限）
在一(yi)定溫(wen)度(du)(du)下(xia)(xia)，由于(yu)外力的(de)作(zuo)用，隨(sui)著時(shi)間的(de)增加，應力使(shi)構件(jian)發生(sheng)變(bian)形(xing)的(de)現象稱為(wei)蠕(ru)(ru)變(bian)，蠕(ru)(ru)變(bian)強(qiang)度(du)(du)又稱蠕(ru)(ru)變(bian)極限。在一(yi)定溫(wen)度(du)(du)下(xia)(xia)特別是在高溫(wen)下(xia)(xia)，載(zai)荷(he)越(yue)大，發生(sheng)蠕(ru)(ru)變(bian)的(de)速度(du)(du)越(yue)快；在一(yi)定載(zai)荷(he)下(xia)(xia)，溫(wen)度(du)(du)越(yue)高、時(shi)間越(yue)長(chang)則(ze)發生(sheng)蠕(ru)(ru)變(bian)的(de)可(ke)(ke)能性就(jiu)越(yue)大。與此相反，溫(wen)度(du)(du)越(yue)低蠕(ru)(ru)變(bian)速度(du)(du)越(yue)慢，當低至(zhi)一(yi)定溫(wen)度(du)(du)時(shi)蠕(ru)(ru)變(bian)就(jiu)不成為(wei)問題了。這個最低溫(wen)度(du)(du)依鋼種(zhong)而異，例如，純鐵(tie)的(de)蠕(ru)(ru)變(bian)溫(wen)度(du)(du)在330℃左右(you)，而不銹鋼因采取各種(zhong)措施進行強(qiang)化，該溫(wen)度(du)(du)可(ke)(ke)達550℃以上。
疲勞強(qiang)度是指在某一溫(wen)(wen)度下，一定(ding)(ding)時間(jian)內，允許一定(ding)(ding)形(xing)變(bian)所(suo)能(neng)承受的應(ying)力。例如，一般規定(ding)(ding)為(wei)在105h內允許形(xing)變(bian)0.1％所(suo)能(neng)承受的最高應(ying)力，記(ji)作(zuo)σc0.1/100000，單(dan)位為(wei)MN／㎡；也可以表示(shi)為(wei)在一定(ding)(ding)溫(wen)(wen)度下，規定(ding)(ding)時間(jian)內，斷(duan)裂時所(suo)能(neng)承受的最高應(ying)力，記(ji)作(zuo)στ，單(dan)位為(wei)MN／㎡。
在(zai)設計某些(xie)要(yao)求尺(chi)寸(cun)極其精確，在(zai)使用過程(cheng)中不允許有(you)稍大變形(xing)的零件時，常采用蠕變極限這個性(xing)能指標。如蒸汽渦輪(lun)葉片，一般要(yao)運轉幾年(nian)以上才檢修，在(zai)工作(zuo)(zuo)期間(jian)要(yao)求其尺(chi)寸(cun)極其精確。通常規定蠕變極限為(wei)100000h允許變形(xing)0.1％所能承(cheng)受的最高應力，記作(zuo)(zuo)。c0.1／100000，單位為(wei)kgf／m㎡。
從承受載(zai)荷(he)開始到產生破壞(huai)為止(zhi)，其全過(guo)程(cheng)分為轉移蠕變(bian)、正常(chang)蠕變(bian)和加速蠕變(bian)三(san)個階段。
當鋼(gang)和(he)(he)(he)合(he)金處在高溫環境下使用(yong)時(shi)，就有(you)必要考慮它(ta)的蠕變和(he)(he)(he)疲勞。如(ru)果鋼(gang)和(he)(he)(he)合(he)金使用(yong)于鍋爐或壓力容器(qi)的場合(he)，當溫度超(chao)過500～550℃時(shi)，設計時(shi)就應該以鋼(gang)和(he)(he)(he)合(he)金的蠕變強(qiang)度和(he)(he)(he)蠕變破斷強(qiang)度分別代替鋼(gang)和(he)(he)(he)合(he)金的屈服強(qiang)度和(he)(he)(he)抗拉強(qiang)度的基準值計算它(ta)的許(xu)用(yong)應力。
和其(qi)他鋼(gang)一樣，熔(rong)煉方式(shi)(shi)、脫氧方式(shi)(shi)、凝固方法、熱處理和加(jia)工等對(dui)不銹鋼(gang)的蠕變特性有很大(da)的影響。
②. 持久強度
持久強度是指(zhi)在(zai)(zai)一定溫(wen)度下，在(zai)(zai)規定時(shi)間(jian)斷(duan)裂所能承受的(de)應力(li)。持久強度通常用在(zai)(zai)設計使用時(shi)間(jian)不太長(chang)（如100h到幾千小時(shi)）就可以更(geng)換(huan)的(de)零(ling)件，或者用于不要(yao)求(qiu)尺寸精(jing)確，但不允(yun)許斷(duan)裂的(de)長(chang)期工(gong)作零(ling)件（如蒸汽過熱管），通常用σt表示，單(dan)位(wei)為kgkgf/mrf／m㎡；t為時(shi)間(jian)，單(dan)位(wei)為h。如鋼在(zai)(zai)800℃，100h斷(duan)裂，
其(qi)持久強(qiang)度用(yong)符(fu)號(hao)表示為(wei)σ800℃ 100。
③. 持久壽命(ming)
持久壽(shou)命是指(zhi)某溫度時，在規(gui)定應力的作用(yong)下(xia)，從開(kai)始直到(dao)到(dao)拉斷的時間，其單位(wei)為h。
上(shang)述數據可在(zai)對應力取對數的(de)坐標系中(zhong)用曲線(xian)來(lai)表示持久(jiu)(jiu)壽命(ming)，如(ru)(ru)圖4-2所示。圖4-2中(zhong)T1、T2、T3為試驗(yan)溫(wen)(wen)度(du)，并(bing)且T1＜T2＜T3。在(zai)較(jiao)低溫(wen)(wen)度(du)（如(ru)(ru)T1），應力和(he)持久(jiu)(jiu)壽命(ming)呈直線(xian)關(guan)系；在(zai)較(jiao)高(gao)溫(wen)(wen)度(du)（如(ru)(ru)T2、T3）應力和(he)持久(jiu)(jiu)壽命(ming)的(de)關(guan)系曲線(xian)出現折(zhe)線(xian)。轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)折(zhe)點(dian)的(de)出現是與鋼斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)的(de)性質變化有關(guan)。在(zai)發生轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)折(zhe)點(dian)前(qian)(qian)，斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)形(xing)式(shi)是穿晶(jing)斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)；在(zai)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)折(zhe)點(dian)以(yi)后，斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)形(xing)式(shi)是晶(jing)界斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)。溫(wen)(wen)度(du)較(jiao)高(gao)，轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)折(zhe)點(dian)發生在(zai)較(jiao)短的(de)持久(jiu)(jiu)壽命(ming)上(shang)。如(ru)(ru)在(zai)T3溫(wen)(wen)度(du)下，轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)折(zhe)點(dian)發生的(de)時間在(zai)T2溫(wen)(wen)度(du)的(de)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)折(zhe)點(dian)之前(qian)(qian)。
