材料的力学性能7剖析备课讲稿.ppt

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1、材料的力学性能7剖析7.1材料的蠕变RAL7.1.1蠕变现象和蠕变曲线材料在高温和恒应力作用下，即使应力低于弹性极限，也会发生缓慢的塑性变形，这种现象称为材料的蠕变。由于这种变形而导致材料的断裂称为蠕变断裂。材料不同，发生蠕变的温度也不同，如铅、锡等低熔点金属在室温就会发生明显的蠕变现象，而碳钢要在400℃左右、高温合金在500℃以上才出现蠕变现象。在工程上，一般都是指的高温蠕变，蠕变温度在0.5Tm以上。材料蠕变可以发生于各种应力状态，可以在一种应力下发生，也可以在复合应力作用下发生。但通常以拉伸条件下的指标表示其抗蠕变性能，蠕变试验采用静力法，即在试验温

2、度不变的前提下，载荷保持恒定。7.1材料的蠕变RALOa线段是试样在t温度下承受恒定拉应力σ时所产生的起始伸长率δ0。它是载荷引起的瞬时应变，是外加载荷引起的一般过程，不是蠕变。蠕变曲线大致可以分为三阶段：第Ⅰ阶段-ab区，该阶段开始时，蠕变速率较大，随时间延长，蠕变速率逐渐减小到b点(减速蠕变阶段或过渡蠕变阶段)；第Ⅱ阶段-bc区，蠕变速率保持不变，硬化与软化相平衡，蠕变速率最小，通常称为稳态蠕变或恒速蠕变阶段；第Ⅲ阶段-cd区，蠕变速率又开始增大，最后导致失稳断裂，该阶段又被称为加速蠕变阶段。7.1材料的蠕变RAL对同一种材料，蠕变曲线形状随应力、温度变

3、化而变化，温度升高或应力升高，曲线第Ⅱ阶段缩短。在高温或高应力下，甚至没有第Ⅰ或Ⅰ，Ⅱ阶段，只有第Ⅱ或Ⅱ，Ⅲ阶段，而在另一些情况，如低应力低温度下，只有第Ⅰ，Ⅱ阶段，而没有第Ⅲ阶段。7.1材料的蠕变RAL蠕变曲线解析式：求导，有：因为0＜n＜1，所以当t很小时，即开始蠕变时，第一项起主导作用，它表示应变速率随时间t延长而下降，即第Ⅰ阶段蠕变；当t很大时，第二项逐渐起主导作用，应变速率接近恒定值，即第Ⅱ阶段蠕变。ε0，α，β和n值是与温度、应力及材料性质有关的常数，其中，α的物理意义是第Ⅱ阶段的蠕变速率。7.1材料的蠕变RAL对于金属材料，在蠕变过程中，通常滑

4、移仍是一个主要现象。在缓慢蠕变变形的同时，有时还会出现回复现象。第Ⅰ阶段就能观察到亚晶形成；第Ⅱ阶段，亚晶逐渐完整，尺寸增大到一定程度后，一直到第Ⅲ阶段，保持不变。亚晶尺寸一般随应力下降和温度上升而有所增大。按蠕变期间是否发生回复再结晶，将蠕变分为两类：低温蠕变，完全不发生回复和再结晶；高温蠕变，同时进行回复和再结晶，其再结晶温度比通常的再结晶温度低，并且不一定回复完成后，才开始再结晶。此外，金属材料的组织在蠕变过程中可能会出现一些复杂变化。如镍基高温合金在高温下工作一段时间后，碳化物会沿滑移线聚集、γ′强化相粗化、在基体内析出针状η相、σ相和μ相等。7.1

5、.2蠕变过程组织结构变化7.2蠕变变形及断裂机制RAL从机制上，蠕变变形可分为位错滑移蠕变、扩散蠕变和晶界滑动蠕变三种。(1)位错滑移蠕变蠕变变形过程中，位错滑移仍是一种重要的变形机制。高温蠕变中的滑移变形与室温下基本相同。但在高温下，会出现新的滑移系，例如，高温下，面心立方晶体中会出现{100}<110>和{211}<110>滑移，锌和镁出现非基面的滑移系，而且滑移系不像室温下那样均匀分布。当位错因受到各种障碍阻滞产生塞积，滑移不能继续进行，只有施加更大的外力，才能引起位错重新运动和继续变形，这就出现了硬化；受恒应力作用的位错在高温下可借助外界提供的热激活

6、能和空位扩散来克服某些障碍，从而使变形不断产生，出现软化。位错热激活方式有多种，如螺位错交滑移、刃位错攀移、带割阶位错靠空位和原子扩散运动等。高温下，位错热激活主要是刃位错的攀移。刃位错攀移克服障碍有几种模型:7.2.1蠕变变形机制7.2蠕变变形及断裂机制RAL7.2.1蠕变变形机制7.2蠕变变形及断裂机制RAL(2)扩散蠕变在高温低应力条件下，会发生以原子作定向流动的蠕变现象，即扩散蠕变。金属材料受拉应力时，多晶体内存在不均匀应力场。对承受拉应力的晶界(如晶界A，B)，空位浓度增大，对承受压应力的晶界(如晶界C，D)，空位浓度减小，因而空位将从受拉应力的晶

7、界到受压应力的晶界迁移，原子则向相反方向流动，致使晶体逐渐伸长。7.2.1蠕变变形机制7.2蠕变变形及断裂机制RAL(3)晶界滑动蠕变常温下，晶界滑动极不明显，可以忽略。但在高温下，由于晶界上原子易于扩散，受力后易于产生滑动，故而促进蠕变进行。随温度提高，应力减小，晶粒尺寸减小，晶界滑动对蠕变变形的影响增大。但总体来说，晶界滑动在总蠕变量中所占比例不大，在10%左右。晶界滑动有两种：一种是晶界两边晶界沿晶界相错动；另一种是晶界沿其法线方向迁移。7.2.1蠕变变形机制7.2蠕变变形及断裂机制RAL金属材料在高温持久载荷作用下，多数为沿晶断裂。由此可推断蠕变造成

8、的损伤主要产生在晶界。7.2.2蠕变损伤和断裂机制7