第08章 金属高温力学性能

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1、第八章金属高温力学性能§8-1材料的高温性能锅炉、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(Tτυ)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”；“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

2、粒与晶界的高强温度越低。§8-2金属的蠕变及其断裂一、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（图8-2）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。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（

3、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3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、蠕变断裂机理裂纹萌生、扩展、断裂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

4、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。§8-3高温力学性能及其影响因素一、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”（P183）二、持久强度在规定

5、温度（T），达到规定的持续时间（τ）而不发生断裂的应力值σtτ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σtτ=89MPa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（图8-5）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

6、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；减少低熔点夹杂物，晶内形成多边化的亚晶界（热处理后）。3§8-4其他高温力学性能一、高温短时拉伸性能（火箭、导弹发射）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。测高温硬度的压头高温力学性能与室温力学性能的对比。性能特点：高温室温σb=f(T,τ)σp=C,σε=C蠕变，应力松驰，蠕变与疲劳的交互作用变形机制：不会产生孪晶；滑移晶内滑移和孪晶晶界起主要作用晶界起阻碍作用提高力学性能：增大晶格阻力细化

7、晶粒减少晶界面积提高位错密度提高扩散时的热激活能强化（合金化、第二相）形成复杂、网状的第二相3