材料力学性能第八章-金属高温力学性能ppt课件.pptx

《材料力学性能第八章-金属高温力学性能ppt课件.pptx》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第八章金属高温力学性能主要内容金属蠕变现象金属高温力学行为蠕变变形及断裂机理高温性能指标及影响因素金属材料在高温下的力学行为在高压蒸汽锅炉、汽轮机、柴油机、航空发动机等设备中，很多机件长期在高温下服役。对于这类机件的材料，只考虑常温短时静载时的力学性能是不够的。如化工设备中高温高压管道，虽然承受的应力小于该工作温度下材料的屈服强度，但在长期使用过程中会产生连续的塑性变形，使管径逐步增大，甚至会导致管道破裂。民用机接近1500℃，军用机在2000℃左右。对长期在高温条件下工作的金属机件，如果仅考虑常温短时

2、静载下的力学性能显然是不够的。因为温度和作用时间对金属材料的力学性能影响很大。1、温度的影响：一般随温度升高，金属材料的强度降低而塑性增加。2、载荷持续时间的影响：如果不考虑环境介质的影响，则可认为材料的常温静载力学性能与载荷持续时间关系不大。但在高温下，载荷持续时间对力学性能有很大影响。⑴σ<σs，长期使用过程中，会产生蠕变，可能最终导致断裂。⑵随载荷持续时间的延长，高温下钢的抗拉强度降低。⑶在高温短时拉伸时，材料的塑性增加；但在长时载荷作用下，金属材料的塑性却显著降低，缺口敏感性增加，往往呈现脆性断

3、裂。⑷温度和时间的联合作用还影响材料的断裂路径。3、等强温度随试验温度的升高，金属的断裂由常温下常见的穿晶断裂过渡到沿晶断裂。原因：温度升高时，晶粒强度和晶界强度都降低，但由于晶界上原子排列不规则，扩散容易通过晶界进行，因此晶界强度下降较快。金属材料在高温下的力学性能，还必须加入温度和时间两个因素，研究温度、应力、应变与时间的关系，才能建立评定金属材料高温力学性能指标。4、约比温度⑴定义：试验温度t与金属熔点tm的比值（t/tm）。t，tm均为绝对温度。⑵衡量：当t/tm>0.5时，为“高温”；反之则为

4、“低温”。⑶意义：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，其力学性能变化规律也是相同的。§8－1金属的蠕变现象一、蠕变的定义金属在长时间恒温、恒载荷（即使应力小于该温度下的屈服强度）作用下缓慢地产生塑性变形的现象。由蠕变变形导致的材料的断裂，称为称为蠕变断裂。蠕变在低温下也会产生，但只有当约比温度大于0.3时才比较显著。如碳钢超过300℃、合金钢超过400℃时就必须考虑蠕变的影响。二、金属的蠕变过程金属的蠕变过程可用蠕变曲线来描述：第一阶段：ab减速蠕变阶段，又称过渡蠕变阶段。开始大，逐

5、渐减速；第二阶段：bc恒速蠕变阶段，又称稳态蠕变阶段。速率几乎保持不变；第三阶段：cd加速蠕变阶段，逐渐增大，最后产生断裂。蠕变曲线的常用经验表达式瞬时应变减速蠕变恒速蠕变一般为小于1的正数蠕变速率不同材料的蠕变曲线不同，同一材料的蠕变曲线随着温度高低及应力的大小而有不同：只有在适当的应力和温度范围才可清楚地显示出减速蠕变阶段、恒速蠕变阶段和减速蠕变三个阶段。三、应力松弛对于在高温下工作、依靠原始弹性变形获得工作应力的机件，在总变形量不变的前提下，弹性变形变为塑性变形，从而使工作应力降低，导致失效。在温

6、度及初始应力一定时，材料中的应力随着时间的增加而减小的现象称为应力松弛。可以看成应力不断降低条件下的蠕变过程。应力松弛：应变a）、应力b）随时间变化曲线16§8-2蠕变变形与蠕变断裂机理一、蠕变变形机理金属的蠕变变形主要通过位错滑移、原子扩散等机理进行，与温度及应力的变化有关。（一）位错滑移蠕变常温下，如果滑移面上的位错运动受阻产生塞积，滑移就不能进行，只有在更大的切应力作用下位移重新运动和增殖。高温下，位错可借助于外界提供的热激活能和空位扩散克服某些短程障碍，有利于加强位错的运动（滑移、攀移、交滑移等

7、），克服短程障碍。从而产生塑性变形。17当塞积在某种障碍前的位错通过热激活可以在新的滑移面上运动，或与异号位错相遇对消、或形成亚晶界、或被晶界吸收。18在蠕变第一阶段：由于蠕变变形逐步产生应变硬化，使位错源移动的阻力及位错滑移的阻力逐渐增大，使得蠕变速率不断降低。也称为“减速蠕变阶段”。蠕变第一阶段是很短的，不超过几百小时。一般在高温下工作的机件所要求的寿命都设定在蠕变第二阶段。在蠕变第二阶段：当某一位错被激活发生攀移时，位错源再次放出一个位错，形成动态回复过程，硬化与软化达到平衡，蠕变速率为一常数。2

8、0（二）扩散蠕变这是在较高温度下的一种蠕变变形机理，约比温度t/tm>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。21承受拉应力（A、B晶界）的晶界，空位浓度减小；承受压应力（C、D晶界）的晶界，空位浓度增加。这种晶体内空位从受拉晶界向受压晶界迁移，原子朝相反方向运动，使得晶体伸长的蠕变，称为扩散蠕变。22（三）晶界滑动高温和应力的作用下，因晶界上的原子容易扩散，受力后晶界易产生滑动（即晶粒发生转动），