《材料性能学》7章电子教案ppt课件.ppt

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1、第七章材料的高温力学性能概述在航空航天、能源和化工等工业领域，许多机件是在高温下长期服役的，如发动机、锅炉、炼油设备等，它们对材料的高温力学性能提出了很高的要求．正确地评价材料、合理地使用材料、研究新的耐高温材料，成为上述工业发展和材料科学研究的主要任务之一．一、温度对材料的力学性能影响１、金属材料随着温度的升高，强度极限逐渐降低；２、断裂方式由穿晶断裂逐渐向沿晶断裂过渡；1一、温度对材料的力学性能影响３、常温下可以用来强化钢铁材料的手段，如加工硬化、固溶强化及沉淀强化等，随着温度的升高强化效果逐渐消失；4、对常温下脆性断裂的陶瓷材料，到了高温，借助于外力和热激活的作用，形变的一些障碍得以

2、克服，材料内部质点发生了不可逆的微观位移，陶瓷也变为半塑性材料.5、高分子材料的粘弹性又使其具有不同于其他材料的高温性能特点．2第一节高温蠕变性能材料在高温下力学行为的一个重要特点就是产生蠕变．蠕变：所谓蠕变就是材料在长时间的恒温、恒载荷作用下（即使应力低于弹性极限）缓慢地产生塑性变形的现象．由于这种变形而最后导致材料的断裂称为蠕变断裂．一、蠕变的一般规律严格地讲，蠕变可以发生在任何温度，在低温时，蠕变效应不明显，可以不予考虑；约比温度大于0．3时，蠕变效应比较显著，此时必须考虑蠕变的影响，如碳钢超过300℃、合金钢超过400℃，就必须考虑蠕变效应．3一、蠕变的一般规律１、蠕变曲线：时间与

3、应变量之间的关系曲线称为蠕变曲线.OA线段是施加载荷后，试样产生的瞬时应变，图中ABCD曲线即为蠕变曲线．曲线上任一点的斜率，表示该点的蠕变速率（dε／dt）．按照蠕变速率的变化，可将蠕变过程分为3个阶段．4一、蠕变的一般规律第Ⅰ阶段：AB段，称为减速蠕变阶段（又称过渡蠕变阶段），这一阶段开始的蠕变速率很大，随着时间的延长，蠕变速率逐渐减小，到B点，蠕变速率达到最小值第Ⅱ阶段：BC段，称为恒速蠕变阶段（又称稳态蠕变阶段），这一阶段的特点是蠕变速率几乎不变．一般所指的材料蠕变速率，就是以这一阶段的蠕变速率来表示的．5一、蠕变的一般规律第Ⅲ阶段：CD段，称为加速蠕变阶段（又称为失稳蠕变阶段），

4、随着时间的延长，蠕变速率逐渐增大，到D点发生蠕变断裂．蠕变与时间的关系可以表示为：ε＝ε0+f(t)+Dt+φ(t)其中：ε0为瞬时应变；f（t）为减速蠕变；Dt为恒速蠕变；φ(t)为加速蠕变．6一、蠕变的一般规律2、蠕变曲线随应力和温度的变化7一、蠕变的一般规律（１）恒温下改变应力，或在恒定应力下改变温度，蠕变曲线都将发生变化．当减小应力或降低温度时，蠕变第Ⅱ阶段延长，甚至不出现第Ⅲ阶段；（２）当增加应力或提高温度时，蠕变第Ⅱ阶段缩短，甚至消失，试样经过减速蠕变后很快进入第Ⅲ阶段而断裂．8一、蠕变的一般规律３、高分子材料的蠕变特性由于它的粘弹性决定了与金属材料、陶瓷材料不同的蠕变特性，其

5、蠕变曲线如下图所示．9一、蠕变的一般规律蠕变曲线也可分为3个阶段第Ⅰ阶段：AB段，为可逆形变阶段，是普通的弹性变形，即应力和应变成正比；第Ⅱ阶段：BC段，为推迟的弹性变形阶段，也称高弹性变形发展阶段；第Ⅲ阶段：CD段，为不可逆变形阶段，是以较小的恒定应变速率产生变形，到后期，会产生颈缩，发生蠕变断裂．10一、蠕变的一般规律蠕变回复：对于高分子材料来说弹性变形引起的蠕变，当载荷去除后，可以发生回复，称为蠕变回复。这是高分子材料的蠕变与其他材料的不同之一．材料不同或试验条件不同时，蠕变曲线的3个阶段的相对比例会发生变化，但总的特征是相似的．11二、蠕变变形及断裂机理1．蠕变变形机理位错滑移原子

6、扩散材料的蠕变变形机理晶界滑动子链段沿外力的舒展（对于高分子材料）12二、蠕变变形及断裂机理（1）位错滑移蠕变机理材料的塑性变形主要是由于位错的滑移引起的，即：在一定的载荷作用下，滑移面上的位错运动到一定程度后，位错运动受阻发生塞积，就不能继续滑移，只能产生一定的塑性变形；在常温下，如果要继续产生塑性变形，则必须提高载荷，增大位错滑移的切应力，才能使位错重新增殖和运动;在高温下，由于温度的升高，原子和空位运动所需要的热激活降低，使得位错可以克服某些障碍物得以继续运动，继续产生塑性变形．这就导致了高温蠕变的产生。13二、蠕变变形及断裂机理刃型位错的攀移螺型位错的交滑移位错的热激活方式：位错环

7、的分解割阶位错的非保守运动亚晶界的位错攀移14二、蠕变变形及断裂机理15二、蠕变变形及断裂机理在蠕变第Ⅰ阶段由于蠕变变形逐渐产生形变硬化，使位错源开动的阻力和位错滑动的阻力逐渐增大，致使蠕变速率不断降低，因此形成了减速蠕变阶段．在蠕变的第Ⅱ阶段由于形变硬化的不断发展，促进了动态回复的发生，使材料不断软化．当形变硬化和回复软化达到动态平衡时，蠕变速率遂为一常数，因此形成了恒速蠕变阶段．16二、蠕变变形及断裂机理（２）扩散蠕