高温力学特性 (2).doc

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1、上一页　下一页　　　　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　　件是在高温下运转的。由于随温度增加，原子的扩散加快，因此高温对材料的力学性能有很大　　影响。对于材料的高温力学性能，不能只简单地用应力、应变关系来评定，还需要加入温度与　　时间二个因素。常用的高温力学性能有蠕变极限，持久强度及应力松驰等。　　 蠕变极限　　　　当材料在高于一定温度下受到应力作用时，即使应力小于屈服强度，但随着时间的延长也　　会缓慢地产生塑性变形，这种现象称为蠕变，金属材料的蠕变速率一般在10-6-10-4／小时。　　对于不同的材料发生蠕变温度不同，高分子材料通常在

2、室温下就存在蠕变现象，金属材料产生　　蠕变的温度要高一些。　　　　蠕变过程可用蠕变曲线来描述。蠕变曲线是材料在一定温度和应力作用下，伸长率随时间　　变化的曲线，典型的金属蠕变曲线见图1。图中aa′段为瞬时应变，是由外加载荷引起的一般　　形变过程。在蠕变曲线上任一点的斜率，表示该点的蠕变速度。按照蠕变速度的变化，可将蠕　　变曲线分成三段。ab段为第一阶段，是减速蠕变阶段；bc为恒速蠕变阶段。一般指的蠕变速率　　就是这一阶段曲线的斜率。cd段是加速蠕变阶段，这一阶段由于试样出现颈缩或材料内部产生　　空洞、裂纹等，使蠕变速率急剧增加，直至最后断裂。同一材料蠕变曲线形状与温度高低与应　　力

3、大小有很大关系，显然，温度高、应力大，蠕变速率增加，蠕变第三阶段提前。典型蠕变曲线　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图1　　　　蠕变极限是高温长期负荷作用下,材料对塑性变形抗力的指标。有二种表示方法,一种是在　　给定温度下，使试样产生规定蠕变速率的应力值，表示为。如一般电站锅炉、汽轮　　机和燃汽轮机中规定的蠕变速率为10-6/小时,若在600℃时产生这个蠕变速率的应力值为60　　　Mpa，则蠕变极限为 Mpa。另一种表示方法是在给定温度和规定时间内，使试样产　　生一个规定蠕变变形量的应力值，记作。这二种表示法从表面上看好象区别不大，　　因为ε/t表示的就是应变速率，但实际

4、上不一样，第二种要求更具体，更可以适合机件的工作　　条件。这是由于第一种是用第二阶段蠕变速率来衡量的，而第二种是要求特定时间的应变量。持久强度　　　　与常温下的情况一样，材料在高温下的变形抗力和断裂抗力是两种不同的性能指标。持　　久强度是表示材料在高温长期负荷作用下抵抗断裂的能力，是用在给定温度下材料经过规定　　时间发生断裂的应力值来表示的，记作，如某种材料在700℃承受300Mpa载荷，经　　1000小时断裂，则持久强度为  Mpa。　　　　材料的持久强度，对于设计某些在高温运转过程中不考虑变形的大小，只考虑承受给定　　应力下的使用寿命的机件是极其重要的。　　　　对于持久断裂的试

5、样，还可进一步测量试样在断裂后的延伸率δ%和断面收缩率ψ%，以　　反映材料的持久塑性。持久塑性也是耐热材料的一个重要性能指标，过低的持久塑性会使材　　料在设计使用期间发生脆性断裂，对于制造汽轮机、燃气轮机紧固件用的低合金钢，一般希　　望δ≥3~5%。　　 应力松驰　　　　当用螺栓把二个零件紧固在一起时，需转动螺帽使螺杆产生一定的弹性变形，这样相应　　地在螺杆中就产生了拉应力，而螺杆作用于螺帽的力就使二个零件连为一体了。但在高温下　　会发现，经一段时间后，虽然螺杆总变应没变，但这种拉应力却逐渐自行减小。这种在具有　　恒定总变形的零件中，随着时间的延长而应力减低的现象，称为应力松驰。这

6、是由于随时间　　延长，弹性变形会不断地转变为塑性变形，使得弹性应变不断减小，这样，根据虎克定律可　　知，应力会相应降低。材料的应力松驰过程，可通过松驰曲线来描述，松驰曲线是在给定温　　度T℃和给定初应力σ0(MPa)条件下 ，应力随时间而变化的曲线（图3），整个曲线可分为　　二个阶段，第一阶段持续时间较短，应力随时间急剧降低；第二阶段持续时间很长，应力下　　降逐渐缓慢，并趋于恒定。材料抵抗松驰的性能，称为松驰稳定性。松驰稳定性评价指标有　　多种，其中常用的是以在一定温度T℃和一定初应力作用下，经过t时间后的“残余应力”σ　　来表示。对不同材料，在相同T℃和σ0条件下，残余应力值越高

7、的材料松驰稳定性越好。