蠕(ru)變是指鋼與合金在(zai)高溫(wen)下，即使(shi)承受的是低于(yu)該溫(wen)度的屈服強度的載(zai)荷，也會(hui)發生連續(xu)而緩慢的塑(su)性變形現象。鋼在(zai)室(shi)溫(wen)條件下，不存在(zai)蠕(ru)變。

 金屬在高溫下的(de)(de)蠕(ru)變行為，可(ke)以(yi)用典型的(de)(de)蠕(ru)變曲(qu)線(xian)(xian)來表示(shi)和描述，如圖4-1所示(shi)。圖4-1中(zhong)曲(qu)線(xian)(xian)表示(shi)在恒溫、恒應力下，隨著時間的(de)(de)延長(chang)，試樣(yang)發生蠕(ru)變的(de)(de)情(qing)況(kuang)。從圖4-1可(ke)以(yi)看出，蠕(ru)變曲(qu)線(xian)(xian)可(ke)分為四段：

   ①. 初始形變（也稱瞬間(jian)形變）階段，即0～1段，在(zai)此階段內產生加載后瞬間(jian)的彈性(xing)形變和塑性(xing)形變；

   ②. 蠕(ru)變減(jian)速(su)階(jie)段(duan)(duan)（也稱第Ⅰ蠕(ru)變階(jie)段(duan)(duan)），即1～2段(duan)(duan)，在此(ci)階(jie)段(duan)(duan)蠕(ru)變速(su)度逐漸減(jian)小；

   ③. 蠕(ru)(ru)變恒速(su)階(jie)段(duan)（第Ⅱ蠕(ru)(ru)變階(jie)段(duan)），即2～3段(duan)，在(zai)此階(jie)段(duan)蠕(ru)(ru)變速(su)度保持恒定(ding)，也就(jiu)是說該階(jie)段(duan)蠕(ru)(ru)變速(su)度為常數(shu)；

   ④. 蠕(ru)變加速(su)階段（第Ⅲ蠕(ru)變階段），即3～4段，在此階段蠕(ru)變速(su)度逐漸加大，形變加快，到4點發生斷裂，蠕(ru)變過程結束。

 蠕變只能在高于(yu)一定的(de)(de)溫度時才(cai)會發生，在低(di)溫條件下，若載荷低(di)于(yu)彈(dan)性極限，除了加(jia)載的(de)(de)初始瞬間(jian)產生一定的(de)(de)彈(dan)性形(xing)(xing)變外，隨時間(jian)延(yan)長，不(bu)再發生塑性形(xing)(xing)變。

 不同(tong)(tong)的鋼(gang)與合(he)金，由于組織(zhi)結構(gou)的不同(tong)(tong)，發生(sheng)蠕(ru)變的最低溫度是不相同(tong)(tong)的，這(zhe)是因為不同(tong)(tong)的鋼(gang)與合(he)金，在(zai)溫度和應力的共(gong)同(tong)(tong)作(zuo)用下(xia)，內部組織(zhi)結構(gou)發生(sheng)了不同(tong)(tong)變化的緣故。

 許多壓(ya)力容(rong)器用鋼必須在(zai)蠕變條件(jian)(jian)下操作，設計的原(yuan)理一般(ban)是以試樣的數據為基礎，包括確(que)定(ding)構件(jian)(jian)在(zai)預計的壽(shou)命(ming)內不發生失(shi)效的應力。蠕變的現象很好(hao)理解(jie)，設計的原(yuan)理也很清楚，不會遇到(dao)特(te)殊的問題。然而，有兩個值得注意的問題。

   ①. 如果設計不良會產生難以預見(jian)的(de)高的(de)局部應力(li)，從而使局部的(de)蠕(ru)(ru)變變形(xing)超過蠕(ru)(ru)變韌性(xing)，導致過早地失效。

   ②. 如果(guo)不能消除結構(gou)應(ying)力(li)(li)，殘余應(ying)力(li)(li)可能疊加在載荷引(yin)起的應(ying)力(li)(li)上，從而(er)導致(zhi)過早地蠕變失效。

 如管子(zi)的(de)焊接處易于發(fa)生這種情況。因此(ci)，切記(ji)要在(zai)使用前對在(zai)蠕變條件下工作(zuo)的(de)容器，進行應力消除處理(li)。

 蠕變試(shi)(shi)驗(yan)(yan)：材料的(de)耐高溫試(shi)(shi)驗(yan)(yan)通常分(fen)為(wei)三(san)類(lei)，即高溫下的(de)短(duan)期(qi)(qi)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)（拉伸、壓縮、彎曲、剪切、扭轉和(he)(he)沖擊），高溫停留一定時間后在室溫下的(de)短(duan)期(qi)(qi)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)和(he)(he)室溫下的(de)長期(qi)(qi)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)。長期(qi)(qi)強度試(shi)(shi)驗(yan)(yan)依(yi)此可(ke)以(yi)分(fen)為(wei)恒(heng)定載荷試(shi)(shi)驗(yan)(yan)（蠕變、應力-斷裂(lie)和(he)(he)許多(duo)疲(pi)勞(lao)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)）或恒(heng)定變形試(shi)(shi)驗(yan)(yan)（應力釋放(fang)和(he)(he)某些(xie)疲(pi)勞(lao)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)）。

 ①. 蠕(ru)變強度（又稱蠕(ru)變極限）

   在(zai)(zai)一(yi)定溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)下，由于外(wai)力的(de)作(zuo)用，隨著時(shi)間的(de)增加，應力使構件發生變(bian)形(xing)的(de)現象稱為(wei)蠕變(bian)，蠕變(bian)強度(du)(du)又稱蠕變(bian)極限(xian)。在(zai)(zai)一(yi)定溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)下特別是(shi)在(zai)(zai)高溫(wen)(wen)(wen)下，載(zai)荷越(yue)大，發生蠕變(bian)的(de)速(su)度(du)(du)越(yue)快；在(zai)(zai)一(yi)定載(zai)荷下，溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)越(yue)高、時(shi)間越(yue)長則發生蠕變(bian)的(de)可能性就越(yue)大。與(yu)此相反，溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)越(yue)低(di)蠕變(bian)速(su)度(du)(du)越(yue)慢，當(dang)低(di)至一(yi)定溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)時(shi)蠕變(bian)就不(bu)成(cheng)為(wei)問題(ti)了。這個最低(di)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)依鋼種而異，例如，純鐵的(de)蠕變(bian)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)在(zai)(zai)330℃左右(you)，而不(bu)銹鋼因采取各種措(cuo)施進行(xing)強化，該溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)可達550℃以(yi)上。

   疲勞強度(du)是(shi)指在某(mou)一溫度(du)下，一定(ding)時間(jian)內(nei)，允許一定(ding)形變所(suo)能(neng)承受的應力(li)。例如，一般規定(ding)為在105h內(nei)允許形變0.1％所(suo)能(neng)承受的最高(gao)應力(li)，記(ji)作σc0.1/100000，單(dan)位為MN／㎡；也可以表示為在一定(ding)溫度(du)下，規定(ding)時間(jian)內(nei)，斷裂時所(suo)能(neng)承受的最高(gao)應力(li)，記(ji)作στ，單(dan)位為MN／㎡。

   在設計某(mou)些要(yao)求尺(chi)寸極(ji)(ji)其(qi)(qi)精(jing)確，在使用過程中不允許有(you)稍大變(bian)(bian)形(xing)的零件時，常采用蠕變(bian)(bian)極(ji)(ji)限這(zhe)個性能指標。如蒸汽渦輪葉片(pian)，一般要(yao)運轉幾(ji)年以(yi)上才檢修，在工作(zuo)期間要(yao)求其(qi)(qi)尺(chi)寸極(ji)(ji)其(qi)(qi)精(jing)確。通常規(gui)定蠕變(bian)(bian)極(ji)(ji)限為100000h允許變(bian)(bian)形(xing)0.1％所能承受的最高應(ying)力，記作(zuo)。c0.1／100000，單位為kgf／m㎡。

   從承受載荷開始到產生破壞為止，其全過程(cheng)分(fen)為轉移蠕變、正常蠕變和加(jia)速蠕變三個階段。

  當(dang)鋼和(he)合(he)(he)金(jin)處在高溫環境下使用(yong)(yong)時，就有必要考慮它(ta)的(de)蠕(ru)變(bian)(bian)和(he)疲勞(lao)。如(ru)果鋼和(he)合(he)(he)金(jin)使用(yong)(yong)于鍋爐(lu)或壓力(li)容(rong)器的(de)場(chang)合(he)(he)，當(dang)溫度(du)超過500～550℃時，設計時就應該以鋼和(he)合(he)(he)金(jin)的(de)蠕(ru)變(bian)(bian)強(qiang)度(du)和(he)蠕(ru)變(bian)(bian)破斷強(qiang)度(du)分別(bie)代替鋼和(he)合(he)(he)金(jin)的(de)屈服強(qiang)度(du)和(he)抗拉(la)強(qiang)度(du)的(de)基(ji)準值(zhi)計算它(ta)的(de)許(xu)用(yong)(yong)應力(li)。

  和(he)其他鋼(gang)(gang)一樣，熔煉方式(shi)、脫氧方式(shi)、凝固方法、熱處(chu)理和(he)加工(gong)等對不銹鋼(gang)(gang)的蠕變特性有很大(da)的影(ying)響。

②. 持久強度

  持(chi)久強度是(shi)指(zhi)在(zai)一(yi)定(ding)溫度下，在(zai)規定(ding)時間斷(duan)裂(lie)所能(neng)承受的應力(li)。持(chi)久強度通常用(yong)在(zai)設計使用(yong)時間不太(tai)長(chang)（如(ru)100h到幾千小(xiao)時）就(jiu)可(ke)以更換的零件，或者用(yong)于不要求尺(chi)寸精確，但不允許斷(duan)裂(lie)的長(chang)期工作零件（如(ru)蒸汽過熱管），通常用(yong)σt表示，單位(wei)為(wei)(wei)(wei)kgkgf/mrf／m㎡；t為(wei)(wei)(wei)時間，單位(wei)為(wei)(wei)(wei)h。如(ru)鋼(gang)在(zai)800℃，100h斷(duan)裂(lie)，

  其持久強度用符(fu)號表示為σ800℃ 100。

 ③. 持(chi)久壽命

  持久(jiu)壽命是指某溫度時，在(zai)規定應力的作用下，從(cong)開始直到到拉斷的時間，其(qi)單位為h。

  上述數據可(ke)在對應(ying)力(li)取對數的(de)坐標系中用曲(qu)線來(lai)表示(shi)持(chi)久(jiu)壽(shou)命，如圖4-2所示(shi)。圖4-2中T1、T2、T3為試驗(yan)溫(wen)度(du)，并且T1＜T2＜T3。在較低溫(wen)度(du)（如T1），應(ying)力(li)和(he)持(chi)久(jiu)壽(shou)命呈直線關(guan)系；在較高(gao)溫(wen)度(du)（如T2、T3）應(ying)力(li)和(he)持(chi)久(jiu)壽(shou)命的(de)關(guan)系曲(qu)線出現折(zhe)(zhe)線。轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)折(zhe)(zhe)點(dian)的(de)出現是(shi)(shi)與鋼(gang)斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)的(de)性(xing)質變化有關(guan)。在發(fa)生轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)折(zhe)(zhe)點(dian)前，斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)形式是(shi)(shi)穿晶(jing)斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)；在轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)折(zhe)(zhe)點(dian)以后，斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)形式是(shi)(shi)晶(jing)界斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)。溫(wen)度(du)較高(gao)，轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)折(zhe)(zhe)點(dian)發(fa)生在較短(duan)的(de)持(chi)久(jiu)壽(shou)命上。如在T3溫(wen)度(du)下(xia)，轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)折(zhe)(zhe)點(dian)發(fa)生的(de)時間(jian)在T2溫(wen)度(du)的(de)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)折(zhe)(zhe)點(dian)之前。