材料力学性能-第8章课件.ppt

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1、1第八章金属高温力学性能2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.温度对金属材料的力学性能影响很大。2.在高温下载荷持续时间对力学性能也有很大影响。高温下钢的抗拉强度随载荷持续时间的增长而降低。试验表明，20钢在450℃时的短时抗拉强度320MPa当试样承受225MPa的应力时，持续300h便断裂了将应力降至115MPa左右，持续10000h也能使试样断裂3高温短时加载：温度的升高会使材料强度下降、塑性提高高温长时加载：不但强度要降低，而且塑性也会显著降低，材料对缺口的敏感性明显增大，材料发生脆性断裂。

2、温度和时间的联合作用还影响金属材料的断裂路径：随着试验温度升高，金属的断裂由常温下常见的穿晶断裂过渡到沿晶断裂。晶粒与晶界两者强度相等的温度称为“等强温度”，用TE表示。晶界强度随温度升高降低得快4晶界强度对变形速率的敏感性要比晶粒的大得多等强温度TE随变形速率增加而升高图8-1变形速率对TE的影响变形速率对TE的影响5金属材料在高温下的力学性能，必须考虑温度与时间两个因素。约比温度：T/Tm(T为试验温度，Tm为金属熔点，都用热力学温度(单位K)表示)。当T/Tm>0.5时为“高”温；当T/Tm≤0.5时为“低”温。对于不同的金属材料，在同样的约比温度下，其蠕变行为相似

3、，力学性能的变化规律也相同。阐述金属材料在高温长时载荷作用下的蠕变现象讨论蠕变变形和断裂的机理介绍高温力学性能指标及影响因素为正确选用高温金属材料和合理制定其热处理工艺提供基础知识。6主要内容8.1金属的蠕变现象8.2蠕变变形与蠕变断裂机理8.3金属高温力学性能指标及其影响因素8.1金属的蠕变现象对材料来说，低温时承受一个应力产生一个对应的应变。在高温，材料承受固定应力，其应变会逐渐增加。蠕变：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。蠕变断裂：由于蠕变变形而最后导致金属材料的断裂蠕变在较低温度下也会产生，但只有当约比温度大于0.3时才比较显著。eg.碳钢

4、温度超过300℃、合金钢温度超过400℃时，就必须考虑蠕变的影响。78金属的蠕变过程可用蠕变曲线(abcd)来描述1.减速蠕变阶段，ab段。开始蠕变速度很大，随时间↑蠕变速率↓，到b点蠕变速度达到最小值。2.恒速蠕变阶段，bc段。蠕变速度几乎保持不变，又称为稳态蠕变阶段。一般所指的金属蠕变速率，就是以这一阶段的蠕变速率ε表示的。3.加速蠕变阶段，cd段，随时间↑蠕变速度↑，直至d点产生蠕变断裂。&起始伸长率δq温度拉应力图8-2典型蠕变曲线蠕变曲线上任一点的斜率，表示该点的蠕变速度。ε&=dδdτ增加应力及温度，都会使蠕变速率上升当应力较小或温度较低时，蠕变第二阶段持续时

5、间较长，甚至可能不产生第三阶段。当应力较大或温度较高时，蠕变第二阶段便很短，甚至完全消失，试样在很短时间内断裂。9同一种材料的蠕变曲线随应力的大小和温度的高低而不同。恒定温度恒定应力10对于在高温下工作并依靠原始弹性变形获得工作应力的机件(变形受约束)，eg.高温管法兰接头的坚固螺栓,用压紧配合固定于轴上的汽轮机叶轮等该类机件可能随时间的延长，在总变形量不变的情况下，弹性变形不断地转变为塑性变形，从而使工作应力逐渐降低，以致失效。这种在规定温度和初始应力条件下，金属材料中的应力随时间增加而减小的现象称为应力松弛。可将应力松弛现象看作是应力不断降低条件下的蠕变过程，蠕变与应

6、力松弛是既有区别又有联系的。蠕变：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11一、蠕变变形机理8.2蠕变变形与蠕变断裂机理在蠕变过程中，位错滑移仍是一种重要的变形机理。在常温下，若滑移面上的位错运动受阻产生塞积，滑移便不能继续进行，只有在更大的切应力作用下，才能使位错重新运动和增殖。机理：在高温下，位错可借助于外界提供的热激活能和空位扩散来克服某些短程障碍，从而使变形不断产生。金属的蠕变变形主要是通过位错滑移、原子扩散等机理进行的。1.位错滑移蠕变图8-4刃型位错攀移克服障碍的模型a)越过固定位错与弥散质点在新滑移面上运动b)与邻近滑移面上异号位错相消c)

7、形成小角度晶界d)消失于大角度晶界位错热激活的方式有多种，高温下的热激活过程主要是刃型位错的攀移。塞积在某种障碍前的刃型位错通过热激活可以在新的滑移面上运动；与异号位错相遇而对消；形成亚晶界；被晶界所吸收。当塞积群中某一个位错被激活而发生攀移时，位错源便可能再次开动而放出一个位错，从而形成动态回复过程。这一过程不断进行，蠕变得以不断发展。1213在蠕变第一阶段，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，造成应变强化，致使蠕变速率不断降低。在