金属材料的高温强度

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1、金属材料的高温强度王印培教授内容金属材料在高温下的力学行为特点蠕变表征材料高温力学性能的强度指标高温强度的影响因素2金属材料的高温强度1.金属材料在高温下的力学行为特点由于高温下原子扩散能力的增大，材料中空位数量的增多以及晶界滑移系的改变或增加，使得材料的高温强度与室温强度有很大的不同。考虑材料的高温强度时，除了温度与力学这二个最基本的因素之外，还必须考虑时间及介质因素的影响。在高温条件下材料的变形机制增多，易发生塑性变形，表现为强度降低，形变强化现象减弱，塑性变形增加。强度随温度升高而降低，塑性则随温度升高而增加。3金属材料的高温强度对于大

2、多数碳钢、铬钼钢和奥氏体钢，强度极限随温度的变化大致上可分为三个阶段：初始阶段、中间阶段和第三阶段。在初始阶段温度较低，强度极限随着温度的升高而明显降低。在中间阶段，强度极限随温度升高而缓慢下降。在温度较高的第三阶段，强度极限急剧降低。碳钢和某些低合金钢（如Cr-Mo钢、Cr-Mo-V钢）在中间阶段强度极限会出现一个升高的峰值，这是时效硬化所造成的。峰值温度与材料的蓝脆温度相当。4金属材料的高温强度碳钢和Cr-Mo钢的伸长率和断面收缩率随温度的变化也可分为三个阶段：初始阶段、中间阶段和第三阶段。在初始阶段，伸长率和断面收缩率随温度升高而逐渐下

3、降；中间阶段，伸长率和断面收缩率达到一个最低值，然后又开始回升；到第三阶段，随着温度的升高，伸长率和断面收缩率明显升高。5金属材料的高温强度在高温条件下，应变速度对材料的强度也有明显的影响。应变速度越高，材料的强度也越高。尽管室温下应变速度对强度也有影响，但在高温下这种影响要大得多。6金属材料的高温强度由于应变速率的这种影响，为了使高温短时拉伸试验的结果能相互比较，其试验时间必须统一规定。各国在试验标准中都对此作出了严格的要求项目标准名称载荷精度试验温度允差（℃）引伸仪精度应变速度（加载速度）波动梯度YB941中国<±1%<600:±36

4、00~900：±4>900~1200:±5345屈服点或屈服强度前：≤0.03l0/min（一般试验）≤0.02l0/min（仲裁试验）ISOR-783国际<±1%≤800：±5>800~1000:±60.01%屈服强度前：0.1%~0.3%/minASTME21美国<±1%≤982：±3>982:±636屈服点前：（0.5±0.2）%/min屈服点后：（5±1）%/minBS3688英国<±0.5%≤800：±55屈服强度前：（0.1~0.3）%/minJISG0567日本<±1%300~600：±3>600~800：±4>800~1000

5、：±60.01mm屈服点或屈服强度附近：（0.1~0.5）%/min屈服强度后：（0.5~1.0）%/minDIN50112DIN50118德国<±1%≤600：±3>600~800：±4>800~1000:±6>1000~1100:±84屈服点前：<5MPa/sГОСТ9651前苏联<±1%仲裁试验时≤600：±3>600~900:±5>900~1200：±6常规试验时，允许再加2°波动（0.04~0.1）l0/min不大于80MPa/min7金属材料的高温强度材料在高温条件下，承受不同的载荷，其断裂所需的时间也不同。不但断裂所需的时间随

6、着承受的应力增加而缩短，而且断裂的形式也会发生改变。晶界强度与晶粒强度随温度增加而下降的趋势不同，在其交点对应温度TS（称为等强温度）以上，材料由穿晶断裂变为沿晶断裂。形变速度愈低则TS愈低Ts8金属材料的高温强度小结强度随温度升高而降低，塑性则随温度升高而增加。力学行为及性能与加载持续时间密切相关在高温下即使承受应力小于该温度下的屈服强度，随着承载时间的增加材料也会产生缓慢而连续的塑性变形，即材料将发生蠕变。在高温下随承载时间的增加塑性会显著下降，材料的缺口敏感性增加，断裂往往呈脆断现象。温度影响材料的微观断裂方式。环境介质对材料的腐蚀作用

7、随着温度的升高而加剧，从而影响材料的力学性能。因此，材料的室温力学性能不能反映它在高温承载时的行为，必须进行专门的高温性能试验，才能确定材料的高温力学性能而温度与时间是影响金属高温性能的重要因素，故研究金属高温力学行为必须研究温度、应力和应变与时间的关系。9金属材料的高温强度2.蠕变金属在一定温度、一定应力（即使小于σs）作用下，随着时间的增加而缓慢连续产生塑性变形的现象称为蠕变。蠕变在温度较低时也会发生，但只有在温度高于0.3Tf（熔点温度）时才比较明显。引起材料蠕变的应力状态可以是简单的（例如单向拉伸、压缩、弯曲），也可能是复杂的；可以是

8、静态的，也可能是动态的。10金属材料的高温强度2.1蠕变曲线的定性分析蠕变是材料力学性能之一，材料抗蠕变的能力是蠕变强度，用蠕变极限表示。材料抗蠕变断裂的能力用持久