Chapter8金属高温力学性能讲述.ppt

第一节 概述 注意：金属间化合物高温强度的反常性 二、时间对金属材料力学性能的影响 高温下力学性能与载荷持续时间关系很大： 例如：钢的σb随载荷持续时间↑而↓ 。 三、温度和时间对断裂路径的影响 温度T↑，载荷t↑ ，断裂由穿晶断裂过渡到沿晶断裂。 原因：随温度T↑，晶界强度下降速度快于晶内强度的下降。 **等强温度(TE)概念——晶粒与晶界两者强度相等的温度，称为等强温度。 TTE时，穿晶断裂。 TTE时，沿晶断裂。 当约比温度 0.5时——高温状态。 当约比温度 0.5时——低温状态。 2 高温下的蠕变现象与应力松弛现象 蠕变现象：(后叙) 应力松弛：在规定温度和初始应力条件下，金属材料中的应力随时间增加而减小的现象。 一、蠕变现象 1、蠕变概念： 金属在长时间的恒温、恒载荷作用下（即使σσ0.2）缓慢地产生塑性变形的现象，称为蠕变。 —— 约比温度T/Tm 0.3时须考虑 碳钢加热T300℃，必须考虑蠕变。 2、蠕变断裂： 由蠕变而最后导致材料的断裂 3、蠕变曲线 oa: 瞬时应变ε0（弹＋塑） abcd: 随时间延长而产生的应变ε：蠕变 蠕变速度： 应力或温度升高，蠕变第二阶段缩短 蠕变过程中的矛盾： 强化 ← 加工硬化 软化 ← 回复、再结晶及其它扩散过程 二、蠕变过程中变形与断裂机制 1、蠕变的变形机制 常温下： 位错的增殖与运动→产生塑性变形 →位错运动受阻→变形停止。 高温下： 外界提供热激活能，促进原子扩散 →位错持续运动→产生了蠕变变形。 (1) 位错滑移蠕变 T≈Tm／2，又称高温蠕变 变形时，T↑→原子扩散加剧→位错攀移引起动态回复（异号位错对相消，形成多边形结构）→形成亚晶→位错运动阻力下降→进一步蠕变变形。 ——动态回复起主要作用 (2) 扩散蠕变 在更高温度（甚至接近于Tm时） →原子扩散进一步加剧 →较多数量的原子(空位)直接发生迁移性扩散 →扩散蠕变。 2、蠕变断裂机制 主要晶界断裂→宏观上为典型的脆性破坏。 晶界的结构、性质，晶界析出物，与外加应力的取向等均对蠕变断裂产生重大影响。 机制一：在三晶粒交会处形成楔形裂纹 高应力，较低温度下，晶界滑动在三晶粒交汇处受阻→应力集中→形成空洞→相互连接形成楔形裂纹→长大→引起断裂 机制二：在晶界上由空洞形成晶界裂纹 较低应力，较高温度下，当晶界受垂直拉应力作用时，周围晶界或晶粒内部的空穴聚集于此晶界，形成空洞核心→空洞超过临界尺寸（r）而稳定存在→长大→引起断裂。 空洞位置：晶界上的凸起部位，细小的第二相质点附近，（晶界夹杂物）. 一、蠕变极限 高温长期载荷作用下，材料对塑性变 形的抗力指标——引入蠕变极限。 蠕变极限的表示方法一： 蠕变极限的表示方法二： 二、持久强度极限 蠕变极限 高温长期载荷下对塑性变形的抗力（考虑了变形量） 持久强度极限 高温长期载荷下对断裂的抗力（不考虑变形量） 持久强度极限 在给定温度t下，达到规定的持续时间τ而不发生断裂的最大应力，以MPa表示。 三、剩余应力 1、应力松弛定义 具有恒定总变形的试件中，随着时间的延长自行减低应力的现象，称为应力松弛。 金属材料抵抗应力松弛的性能称为松弛稳定性。 如何评价松弛稳定性? 故： （1）剩余应力σsh是评定金属材料松弛稳定性的指标 ——剩余应力愈高，松弛稳定性愈好。 （2）松弛稳定性可用以评价材料在高温下的预紧能力： 高温紧固件 2、蠕变与松弛过程比较 蠕变：应力保持不变，塑性变形和总变形随时间延长而增大。 松弛：总应变量保持不变，随时间延长，塑性变形不断取代弹性变形，使弹性应力不断降低。 四、影响金属高温力学性能的主要因素 1、基体金属与晶体结构的影响 通常熔点高，自扩散激活能大，层错能低的金属，蠕变极限↑。——高温材料设计依据 自扩散系数： bccfcchcp金钢石型 ——自扩散系数大，自扩散激活能小 例： 加入Cr，Mo，W，Nb，使固溶强化； ↓层错能，↑扩散激活能； 化学相互作用、形成短程有序等。 3 析出物与杂质物的影响 加入合金元素，生成弥散强化相，阻碍滑移和攀移，↑高温强度。 ——须为热力学稳定的第二相 如钢中采用特殊碳化物、氮化物等 ——非金属夹杂物有害 4、晶粒度的影响