高温力学性能.ppt

蠕变变形是通过位错滑移、位错攀移等方式实现的。 在常温下，若滑移面上位错运动受阻，产生塞积现象，滑移便不能进行。 在高温蠕变条件下，由于热激活，就有可能使滑移面上塞积的位错进行攀移，形成小角度亚晶界（此即高温回复阶段的多边化），从而导致金属材料的软化，使滑移继续进行。 在高温蠕变条件下，由于晶界强度降低，其变形量就大，有时甚至占总蠕变变形量的一半，这是蠕变变形的特点之一。 第十章 金属高温机械性能 在高压蒸汽锅炉、汽轮机、燃气轮机、柴油机、化工炼油设备以及航空发动机中，很多机件是长期在高温条件下运转的。 1.温度对金属材料的机械性能影响很大。 2.温度和时间还影响金属材料的断裂形式。 当机件在TE以上工作时，金属的为裂纹由穿晶断裂过渡到晶间断裂。 金属材料的等强温度 p200 变形速度对它有较大的影响 金属在长时间的恒温、恒应力作用下，即使应力小于屈服强度，也会缓慢地产生塑性变形的现象称为蠕变。由于这种变形而最后导致材料的断裂称为蠕变断裂。 第一节 金属的蠕变与蠕变断裂 金属：T0.3-0.4Tm ;陶瓷： T0.4-0.5Tm； 高分子材料TTg 一、 蠕变现象 金属的蠕变过程可用蠕变曲线来描述。 蠕变曲线上任一点的斜率，表示该点的蠕变速度。 蠕变过程分成三个阶段。 第一阶段ab是减速蠕变阶段。这一阶段开始的蠕变速度很大，随着时间延长，蠕变速度逐淅减小，到b点蠕变速度达到最小值。 第二阶段bc是恒速蠕变阶段。这一阶段的特点是蠕变速度几乎保持不变，因而通常又称为稳态蠕变阶段。一般所反映的蠕变速度，就是以这一阶段的变形速度ε表示的。 第三阶段cd是加速蠕变阶段，随着时间的延长，蠕变速度逐渐增大，直至d点产生蠕变断裂。 （一）蠕变变形机理 二 蠕变过程中变形与断裂机理 根据位错理论及蠕变变形方式对高温蠕变过程作简要说明。 蠕变第一阶段以晶内滑移和晶界滑动方式产生变形。位错刚开始运动时，障碍较少，蠕变速度较快。随后位错逐渐塞积、位错密度逐渐增大，晶格畸变不断增加，造成形变强化。在高温下，位错虽可通过攀移形成亚晶而产生回复软化，但位错攀移的驱动力来自晶格畸变能的降低。在蠕变初期由于晶格畸变能较小，所以回复软化过程不太明显。 蠕变第二阶段，晶内变形以位错滑移和攀移方式交替进行，晶界变形以滑动和迁移方式交替进行。晶内滑移和晶界滑动使金属强化，但位错攀移和晶界迁移则使金属软化。由于强化和软化的交替作用，当达到平衡时，就使蠕变速度保持恒定。 蠕变发展到第三阶段，由于裂纹迅速扩展，蠕变速度加快。当裂纹达到临界尺寸便产生蠕变断裂。 蠕变断裂主要是沿晶断裂。在裂纹成核和扩展过程中，晶界滑动引起的应力集中与空位的扩散起着重要作用。由于应力和温度的不同，裂纹成核有两种类型。 1．裂纹成核于三晶粒交会处，在高应力和较低温度下，在晶粒交会处由于晶界滑动造成应力集中而产生裂纹。 （二）蠕变断裂机理 2．裂纹成核分散于晶界上，在较低应力和较高温度下，蠕变裂纹常分散在晶界各处，特别易产生在垂直于拉应力方向的晶界上。 这种裂纹成核的过程为：首先由于晶界滑动在晶界的台阶（如经二相质点或滑移带的交截）处受阻而形成空洞。然后由于位错运动产生的大量空位，为了减少其表面能而向拉伸应力作用的晶界上迁移，当晶界上有空洞时，空洞便吸收空位而长大，形成裂纹 三 金属高温力学性能指标 ——蠕变极限与持久强度 为保证在高温长期载荷作用下的机件不致产生过量变形，要金属材料具有一定的蠕变极限。 蠕变极限是高温长期载荷作用下材料对塑性变形抗力的指标。和常温下的屈服强度σ0.2相似。 （一）蠕变极限 蠕变极限一般有两种表示方法： A. 在给定(T)下，使试样产生规定蠕变速度的应力值，以符号σET MN/m2 表示（其E为第二阶段蠕变速度，%/小时）。 B. 在给定温度（T）下和在规定的试验时间（t，小时）内，使试样产生一定蠕变变形量（δ，%）的应力值，以符号 σδ/ t T MN/m2 表示。 蠕变极限表征了金属材料在高温长期载荷作用下对塑性变形的抗力。 对于高温材料还必须测定其在高温长期载荷作用下抵抗断裂的能力，即持久强度。 金属材料的持久强度，是在给定温度（T）下和规定的持续时间（t）内发生断裂的应力值，以σtT MN/m2 表示。 二 、持久强度 变形抗力与断裂抗力是两种不同的性能指标 （一）合金化学成分的影响 耐热钢及合金的基体材料一般选用熔点高、自扩散激活能大或层错能低的金属及合金。 三、 影响蠕变极限及持久强度的主要因素 由