- 1、本文档共92页,可阅读全部内容。
- 2、有哪些信誉好的足球投注网站(book118)网站文档一经付费(服务费),不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
- 3、本站所有内容均由合作方或网友上传,本站不对文档的完整性、权威性及其观点立场正确性做任何保证或承诺!文档内容仅供研究参考,付费前请自行鉴别。如您付费,意味着您自己接受本站规则且自行承担风险,本站不退款、不进行额外附加服务;查看《如何避免下载的几个坑》。如果您已付费下载过本站文档,您可以点击 这里二次下载。
- 4、如文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“版权申诉”(推荐),也可以打举报电话:400-050-0827(电话支持时间:9:00-18:30)。
查看更多
金属材料的高温强度 金属材料的高温强度 王印培 教授 内 容 金属材料在高温下的力学行为特点 蠕变 表征材料高温力学性能的强度指标 高温强度的影响因素 1.金属材料在高温下的力学行为特点 由于高温下原子扩散能力的增大,材料中空位数量的增多以及晶界滑移系的改变或增加,使得材料的高温强度与室温强度有很大的不同。 考虑材料的高温强度时,除了温度与力学这二个最基本的因素之外,还必须考虑时间及介质因素的影响。 在高温条件下材料的变形机制增多,易发生塑性变形,表现为强度降低,形变强化现象减弱,塑性变形增加。 强度随温度升高而降低,塑性则随温度升高而增加。 对于大多数碳钢、铬钼钢和奥氏体钢,强度极限随温度的变化大致上可分为三个阶段: 初始阶段、中间阶段和第三阶段。 在初始阶段温度较低,强度极限随着温度的升高而明显降低。 在中间阶段,强度极限随温度升高而缓慢下降。 在温度较高的第三阶段,强度极限急剧降低。 碳钢和某些低合金钢(如Cr-Mo钢、Cr-Mo-V钢)在中间阶段强度极限会出现一个升高的峰值,这是时效硬化所造成的。 峰值温度与材料的蓝脆温度相当。 碳钢和Cr-Mo钢的伸长率和断面收缩率随温度的变化也可分为三个阶段: 初始阶段、中间阶段和第三阶段。 在初始阶段,伸长率和断面收缩率随温度升高而逐渐下降; 中间阶段,伸长率和断面收缩率达到一个最低值,然后又开始回升; 到第三阶段,随着温度的升高,伸长率和断面收缩率明显升高。 在高温条件下,应变速度对材料的强度也有明显的影响。 应变速度越高,材料的强度也越高。 尽管室温下应变速度对强度也有影响,但在高温下这种影响要大得多。 由于应变速率的这种影响,为了使高温短时拉伸试验的结果能相互比较,其试验时间必须统一规定。 各国在试验标准中都对此作出了严格的要求 材料在高温条件下,承受不同的载荷,其断裂所需的时间也不同。 不但断裂所需的时间随着承受的应力增加而缩短,而且断裂的形式也会发生改变。 晶界强度与晶粒强度随温度增加而下降的趋势不同,在其交点对应温度TS(称为等强温度)以上,材料由穿晶断裂变为沿晶断裂。 形变速度愈低则TS愈低 小结 强度随温度升高而降低,塑性则随温度升高而增加。 力学行为及性能与加载持续时间密切相关 在高温下即使承受应力小于该温度下的屈服强度,随着承载时间的增加材料也会产生缓慢而连续的塑性变形,即材料将发生蠕变。 在高温下随承载时间的增加塑性会显著下降,材料的缺口敏感性增加,断裂往往呈脆断现象。 温度影响材料的微观断裂方式。 环境介质对材料的腐蚀作用随着温度的升高而加剧,从而影响材料的力学性能。 因此,材料的室温力学性能不能反映它在高温承载时的行为,必须进行专门的高温性能试验,才能确定材料的高温力学性能 而温度与时间是影响金属高温性能的重要因素,故研究金属高温力学行为必须研究温度、应力和应变与时间的关系。 2. 蠕 变 金属在一定温度、一定应力(即使小于σs)作用下,随着时间的增加而缓慢连续产生塑性变形的现象称为蠕变。 蠕变在温度较低时也会发生,但只有在温度高于0.3Tf(熔点温度)时才比较明显。 引起材料蠕变的应力状态可以是简单的(例如单向拉伸、压缩、弯曲),也可能是复杂的;可以是静态的,也可能是动态的。 2.1蠕变曲线的定性分析 蠕变是材料力学性能之一,材料抗蠕变的能力是蠕变强度,用蠕变极限表示。 材料抗蠕变断裂的能力用持久强度表示。 蠕变极限与持久强度用试验测定,测定出的蠕变曲线可能是恒应力状态,也可能是恒温度状态曲线。 无论何种,典型的蠕变曲线都可以分为三个阶段, 不同金属材料在不同条件下得到的蠕变曲线是不同的 同一种金属材料蠕变曲线的形状也随应力和温度不同而不同 但一般而言,各种蠕变曲线差不多都保持着上述三个组成部分,只是各阶段持续时间长短不一 左图表示了温度不变时应力对蠕变曲线的影响, 右图表示了应力不变时温度对蠕变曲线的影响。 由图可见,应力较小或温度较低时,蠕变第二阶段即稳定蠕变阶段延续很长。反之则第二阶段可能很短甚至消失。这时蠕变只有第一阶段和第三阶段,材料将在短时间内断裂。 蠕变第一阶段以晶内滑移和晶界滑移方式进行。 蠕变初期由于攀移驱动力不足,因而滑移造成的形变强化效应超过攀移造成的回复软化效应,故变形速率不断降低。 蠕变初期可能在晶界台阶处或第二相质点附近形成裂纹核心,也可能由于晶界滑动在三晶粒交汇处受阻而形成裂纹核心。 蠕变第二阶段,晶内变形以位错滑移和攀移交替方式进行,晶界变形以晶界滑动和迁移交替方式进行。 晶内迁移和晶界滑动使金属强化,但位错攀移和晶界迁移使金属软化,强化与软化作用达到动态平衡时,形变速率即保持稳定。 蠕变第二阶段在应力和空位流同时作用下,裂纹优先在与拉应力垂直的晶界上长大,形成楔形和
文档评论(0)