蠕變

圖1表示在三個不同的恆定應力作用下，材料的應變ε隨時間t變化的典型蠕變曲線。曲線的終端表示材料發生斷裂。時的應變表示載入結束時的即時應變，它包括彈性應變和塑性應變。蠕變曲線可分為三個階段，如圖2所示：I為非定常蠕變階段，應變率隨時間的增加而減小；II為定常蠕變階段，應變率保持常值；在最末階段Ⅲ，應變率隨時間而增大，最後材料在t時刻發生斷裂。通常，升高溫度或增加應力會使蠕變加快並縮短達到斷裂的時間。若應力較小或溫度較低，則蠕變的第二階段(Ⅱ)持續較久，甚至不出現第三階段（Ⅲ），如圖1中

對應的蠕變曲線；相反，若應力較大或溫度較高，則蠕變的第二階段（Ⅱ）較短，甚至不出現，如圖1中

對應的蠕變曲線。

目前，還沒有一個適用於一切材料的統一蠕變理論。對金屬材料目前主要有老化理論、強化理論和蠕變後效理論。如以表示蠕變的應變（為時的應變），表示蠕變應變率，則對於單向受力情形，這些理論的不同在於：老化理論認為，在恆應力的條件下，時間t以顯函數出現於蠕變應變的表達式之中，即。強化理論認為，蠕變應變率主要取決於蠕變應變，即有。蠕變後效理論則認為，蠕變現象實質上是塑性後效，去除應力之後，後效應變是不可恢復的，若以塑性變形規律為基礎，可將分解為兩部分：

等號右端第一項為基本部分；第二項為後效影響部分，K稱為影響函數，它是在τ時刻的單位時間內，單位應力在此後時刻t所引起的變形。上述各關係式可推廣到三嚮應力狀態，但都只在一定條件下近似反映出材料的蠕變性能。

蠕變的微觀機制對於不同的材料是不同的。引起多晶體材料蠕變的原因據認為是原子晶間位錯引起的點陣的滑移以及晶間的滑移等。

材料在恆拉應力作用下，經過一定時間t以後發生斷裂的現象稱為蠕變斷裂。在給定溫度下，使材料經過規定時間發生斷裂的應力值稱為持久強度。表示恆應力σ隨斷裂時間t的變化曲線稱為持久強度曲線。在三嚮應力狀態下，一般採用最大正應力（或經適當修正，以考慮剪應力的影響）作為等效應力來繪製持久強度曲線。在恆定壓應力下，構件中的位移經過一段時間後會急劇增大，這種現象稱為蠕變曲屈，它是受壓構件在蠕變條件下的一種失效形式。

金屬材料在蠕變過程中可發生不同形式的斷裂，按照斷裂時塑性變形量大小的順序，可以講蠕變斷裂分為如下類型：

沿晶蠕變斷裂是常用高溫金屬材料（如耐熱鋼、高溫合金等）蠕變斷裂的一種主要形式。主要是因為在高溫、低應力較長時間作用下，隨著蠕變不斷進行，晶界滑動和晶界擴散比較充分，促進了空洞、裂紋沿晶界形成和發展。

穿晶蠕變斷裂主要發生在高應力條件下。其斷裂機制與室溫條件下的韌性斷裂類似，是空洞在晶粒中夾雜物處形成，並隨蠕變進行而長大、匯合的過程。

延縮性斷裂主要發生在高溫（）條件下。這種斷裂過程總伴隨著動態再結晶，在晶粒內不斷產生細小的新晶粒。由於晶界面積不斷增大，空位將均勻分佈，從而阻礙空洞的形成和長大。因此，動態再結晶抑制沿晶斷裂。晶粒大小與應變數成反比。

目前，蠕變理論、蠕變斷裂的微觀機制以及蠕變和工程構件其他失效形式的相互作用的研究仍不成熟，有待今後繼續深入。