《表1 常规钛及钛合金的稳态蠕变速率方程及蠕变机制》

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《高应力诱导型钛合金压缩蠕变研究现状及进展》

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Notes:，*indicates tensile creep，**indicates compression creep

其中，6)εs是稳态蠕变速率；A是材料系数，与材料的性能有关；σ是施加应力；n为稳态蠕变速率的应力指数；Qc是材料的蠕变表观激活能；R是气体常数；T是蠕变温度。利用6)εs和σ值，做出稳态蠕变速率与应力双对数曲线，即ln6)ε与lnσ曲线，线性拟合得到的斜率就是应力指数n。根据经典蠕变理论，当应力指数n=1时，意味着蠕变是扩散蠕变，速率由原子的扩散速率控制[8]；当n=2时，蠕变由晶界滑移控制[29]；当n介于3～8之间时，位错运动是主要控制因素[16]；当n>8时，蠕变曲线与power-law关系式拟合结果的匹配性变差。表1为各种钛及钛合金在不同温度及作用模式下的稳态蠕变速率方程和蠕变机制，其应力指数主要是在3～8之间，表明了钛合金的蠕变主要受位错运动控制，蠕变速率主要受位错运动速率控制。在温度为723 K时，Ti-6.3Al-1.6Zr-3.4Mo-0.3Si钛合金的拉伸蠕变应力指数为0.96（≈1），表明在该条件下该钛合金的蠕变变形主要受扩散蠕变控制，蠕变速率主要受扩散速率控制[16]。在温度为298 K时，Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo钛合金的压缩蠕变应力指数为2.2，并且存在较大的应力阈值，结合TEM的分析，可知该钛合金蠕变变形主要是由位错滑移导致的[15]。如表1所示，大多数钛合金高温蠕变的本构方程都没有考虑应力阈值，但在室温高压蠕变中，研究者们引入了应力阈值来消除应力指数的异常。据文献报道[28，30]，材料的蠕变变形不是由外加应力引起的，而是由有效应力（外加应力减去应力阈值）引起的。应力阈值会随着温度的升高而降低，高温下的应力阈值较小，比如温度在873 K时，Ti-6Al-4V钛合金的应力阈值为34.47 MPa[28]，因此，在高温下经常不考虑应力阈值。然而，在温度为298 K的高压蠕变中，Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo钛合金的应力阈值为656 MPa，而外加应力水平低于应力阈值时稳态蠕变速率数值极小，因而这种情况下蠕变对大型结构件的结构稳定性、安全性造成的影响较小。