材料力学性能_.ppt

金属高温力学性能 §8.1 材料的高温性能 §8.2 金属的蠕变及其断裂 §8.3 高温力学性能及其影响因素 §8.4 其他高温力学性能 §8.1 材料的高温性能 §8.2 金属的蠕变及其断裂 §8.3 高温力学性能及其影响因素 §8.4 其他高温力学性能 * 锅炉、汽轮机、发动机，飞船的外壳等，长 期在高温情况下工作。 对材料的高温性能有一定或特别的要求。一、常见的高温性能 1、抗氧化性 2、抗生长性 3、热强性 材料在高温、长时间和应力的作用下，抵抗变形和断裂的能力。（包括：持久强度、蠕变强度、高温疲劳强度、高温硬度等）。 二、影响高温强度的因素 σb= f (t，τ，v) 1、温度 温度的高低，是相对金属的熔点而言。 故采用约比温度“t/tm”； 另外：“弹塑性转变温度”；“晶粒与晶界的等强温度”。 2、时间 随加载时间延长，σb↓，蠕变行为。 3、变形速率 变形速率越大，晶粒与晶界的高强温度越低。 返回 一、蠕变 1、蠕变及蠕变断裂 材料（金属）在长时间的恒温、恒载荷作用下缓慢地产生塑性变形的现象，叫蠕变。（注意与应力松驰的区别） 由蠕变变形导致的材料的断裂，称为蠕变断裂。 2、蠕变曲线（1）减速蠕变阶段，开始大，逐渐减速；（2）恒速蠕变阶段，速度几乎保持不变；（3）加速蠕变阶段，逐渐增大，最后产生断裂。 3、应力和温度对蠕变曲线的影响 应力较小，或温度较低 时，第二阶段较长，第三 阶段很短；反之，第二阶 段很短，很快断裂。（图） 二、蠕变机理 1、位错运动 外来热激活能，有利于加强位错的运动（滑移、攀移、交滑移等），克服短程障碍。 ∴材料发生塑性变形。 蠕变第一阶段，蠕变变形而产生形变硬化，蠕变速率↓。也称为“减速蠕变阶段”。 第二阶段：动态回复（软化），硬化与软化达到平衡，蠕变速率为一常数。 2、扩散性蠕变 约比温度0.5 高温和应力的作用下，空位、原子的定向扩散（不均匀应力场）。 ∴材料产生蠕变。 3、晶界滑动 高温和应力的作用下，晶粒发生转动（即晶界滑动）。 ∴晶粒减小，晶界滑动对蠕变的作用越大。 三、蠕变断裂机理 1、裂纹萌生 （1）三晶粒交会处萌生楔形裂纹（高应力，低温度） 晶界滑动，三晶粒交会处造成应力集中，形成空洞，空洞相互连接，便形成楔形裂纹。 （2）晶界上空洞汇聚（低应力、高温度） 相变形成空洞，第二相质点附近，晶界滑动产生的空 洞；空洞长大，汇聚形成裂纹。 2、裂纹扩展 3、断裂 沿界断裂，高温氧化，夹杂物 断口宏观特征：断口附近产生塑性变形；变形区域有 很多裂纹（龟裂）；高温氧化。 返回 一、蠕变极限相对指标（T、ε）例如： 指：在600℃，ε=1×10-5%时的强度。或 500℃，10万小时，ε=1%的强度 选用哪种表示方法，根据服役工况来确定。 “测定蠕变强度的装置和方法”（自看） 二、持久强度 在规定温度（T），达到规定的持续时间（τ）而不发生断裂的应力值 通过高温拉伸持久试验测定 由于时间长，一般是作lgσ～lgτ曲线，用外推 法计算持久强度值。 如12Cr1MoV钢在580℃，十万小时 持久塑性 试样断裂后的伸长率及断面收缩率。 三、剩余应力 材料抵抗应力松驰的性能称为松驰稳定性。 应力松驰曲线。 变形量衡定，加载的应力 随时间延长而降低的曲线。 任一时间，试样上所保持 的应力称为剩余应力σsh 初始应力与剩余应力之 差，称为松驰应力σso 。 四、影响高温力学性能的因素 1、材料本身（材质） （1）熔点高，自扩散激活能高的金属或合金，增大晶格阻力。 （2）显微组织 晶粒度适当加大；结构复杂的第二相，并形成 网状骨架； 2、提高冶炼质量和采取热处理 减少低熔点夹杂物；晶内形成多边化的亚晶界 （热处理后）。 返回 一、高温短时拉伸性能 （火箭、导弹发射） 瞬时高温强度；热塑性；蠕变不起决定作用时。 二、高温硬度 工具材料（红硬性），高温轴承。 测高温