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1、金属高温力学性能第1页，此课件共12页哦2 8.1 材料的高温性能 锅炉、汽轮机、发动机，飞船的外壳等，长期在高温条件下工作。故对材料的高温性能有一定或特别的要求。8.1.1 常见的高温性能(1)抗（高温）氧化性(2)热强性 材料在高温、长时间和应力的作用下，抵抗变形和断裂的能力。（包括：持久强度、蠕变强度、高温疲劳强度、高温硬度等）第2页，此课件共12页哦38.1.2 影响高温强度的因素 高温 b=f(t，v)(1)温度t 温度的高低，是相对金属的熔点而言。故采用约比温度（试验温度/材料熔点）“t/tm”描述温度的“高”或“低”；另，还有：“弹塑性转变温度”；“晶粒与晶界的等强温度”TE（图
2、8-1）。(2)时间 随加载时间延长，b，蠕变行为。(3)变形速率v（该值增大相当于受载截面的应力升高）等强温度 TE 随变形速率v而。Note：高温（TE）时，受载材料的断裂将由穿晶沿晶方式，a图第3页，此课件共12页哦48.2 金属的蠕变及其断裂8.2.1 蠕变(1)蠕变、蠕变断裂材料（金属）在长时间的恒温、恒载荷作用下缓慢地产生塑变的现象蠕变。由蠕变变形导致的断裂蠕变断裂。（VS）应力松驰：在给定温度和初始应力条件下，金属材料所受应力随时间增加而减小的现象）(2)蠕变曲线（特点）1）减速蠕变阶段，开始大，逐渐减速；q高温、外载作用下，产生的初始塑性变形；经过1时间，由q升至。2）恒速蠕变
3、阶段2，速度几乎保持不变；一般所指金属蠕变速率，即指这一段的。3）加速蠕变阶段3，蠕变速度渐增，终断裂。(3)应力和温度对蠕变曲线的影响应力较小或温度较低时，第二阶段较长，第三阶段很短；反之，第二阶段很短，很快断裂。（见图8-2）第4页，此课件共12页哦58.2.2 蠕变机理(1)位错运动 外来热激活能，有利于增强位错运动（滑移、攀移、交滑移等），使其克服短程障碍。材料发生塑性变形。蠕变第一阶段，蠕变变形而产生形变硬化，蠕变速率。也称为“减速蠕变阶段”。第二阶段：动态回复（软化），硬化与软化达到平衡，蠕变速率为一常数。第三阶段，在位错运动、动态回复（软化）过程中，因晶粒变得越来越细，致使蠕变加
4、速（位错运动+晶粒转动，即晶界滑动），材料断裂。(2)扩散性蠕变当约比温度0.5，在高温和应力作用下，空位、原子的定向扩散（不均匀应力场）。材料产生蠕变。(3)晶界滑动高温和应力的作用下，晶粒发生转动（即晶界滑动）。当晶粒减小，晶界滑动对蠕变的作用越大。第5页，此课件共12页哦68.2.3 蠕变断裂机理(1)裂纹萌生1）三晶粒交会处萌生楔形裂纹（高应力，低温度）原因：晶界滑动，三晶粒交会处造成应力集中，形成空洞，空洞相互连接，便形成楔形裂纹。2）晶界上空洞汇聚（低应力、高温度）相变形成空洞，第二相质点附近，晶界滑动产生的空洞；空洞长大，汇聚形成裂纹。(2)裂纹扩展(3)断裂 沿界断裂，高温氧化
5、，夹杂物 断口宏观特征：断口附近产生塑性变形；变形区域有很多裂纹（龟裂）；高温氧化。（高应力（高应力、低温度）低温度）（低低应力应力、高、高温度）温度）第6页，此课件共12页哦78.3 高温力学性能及其影响因素8.3.1 蠕变极限相对指标（t、）例如：表示：在600，稳态蠕变速率 =110-5%/h的强度60MPa。又如(规定温度t、时间，蠕变总伸长)表示 500，10万小时，总伸长率为=1%的蠕变极限为100MPa。具体选用哪种表示方法，根据服役工况来定。“测定蠕变强度的装置和方法”第7页，此课件共12页哦88.3.2 持久强度极限 在规定温度（t），达到规定的持续时间（）而不发生断裂的应力
6、值通过高温拉伸持久试验测定由于时间长，一般是作lglg曲线，用外推法计算持久强度值。如高温合金在700，1000小时的持久强度极限为30MPa持久塑性 试样断裂后的伸长率及断面收缩率。第8页，此课件共12页哦98.3.3 剩余应力 材料抵抗应力松驰的性能称为松驰稳定性。应力松驰曲线Via 变形量衡定，测试加载应力随时间延长而降低的曲线。任一时间，试样上所保持的应力称为剩剩余应力sh 初始应力与剩余应力之差，称为松松驰应力。so第9页，此课件共12页哦108.3.4、影响高温力学性能的因素(1)材料本身（材质）1）熔点高，自扩散激活能高的金属或合金，增大晶格阻力。2）显微组织 晶粒直径适当加大；
7、结构复杂的第二相，并形成网状骨架；(2)提高冶炼质量和采取热处理 减少低熔点夹杂物；晶内形成多边化的亚晶界（热处理后）。第10页，此课件共12页哦118.4 其他高温力学性能8.4.1 高温短时拉伸性能（火箭、导弹发射）瞬时高温强度；热塑性（蠕变不起决定作用）。8.4.2 高温硬度工具材料（红硬性），高温轴承。测高温硬度的压头。第11页，此课件共12页哦12高温力学性能与室温力学性能的对比性能特点：高 温 室 温b=f(t,)b=C,s=C蠕变，应力松驰，蠕变与疲劳的交互作用变形机制：不会产生孪晶；滑移、晶内滑移和孪晶+晶界弱化而致滑动。晶界起阻碍作用提高力学性能：增大晶格阻力 细化晶粒减少晶界面积 提高位错密度提高扩散时的热激活能 强化（合金化、第二相）形成复杂、网状的第二相第12页，此课件共12页哦