第八章 金屬高溫力學(xué)性能課件.ppt

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1、第八章金屬高溫力學(xué)性能南京工程學(xué)院材料工程學(xué)院一、舉例：20鋼在不同溫度下的力學(xué)性能淬火＋低溫回火后抗拉強(qiáng)度1530MPa；450℃時(shí)測(cè)量的抗拉強(qiáng)度是320MPa；在225MPa載荷作用300后小時(shí)斷裂；在115Mpa載荷作用10000小時(shí)斷裂；總結(jié)：1、溫度對(duì)材料的學(xué)性能有影響；2、載荷持續(xù)時(shí)間對(duì)材料性能也有影響；溫度＋時(shí)間＋載荷決定材料高溫行為。2高溫對(duì)金屬力學(xué)性能的影響有以下幾個(gè)方面：（1）在低應(yīng)力條件下使用，金屬材料將產(chǎn)生緩慢而連續(xù)的塑性變形，即蠕變現(xiàn)象；（2）高溫短時(shí)載荷作用下，金屬塑性增加。長(zhǎng)時(shí)載荷作用下，由于產(chǎn)生永久性塑性變形（蠕變變形），塑性將顯著降低，往往

2、呈脆性斷裂；（3）高溫下金屬斷裂方式由常溫的穿晶斷裂逐漸過渡到沿晶斷裂，臨界溫度稱為“等強(qiáng)溫度”。溫度對(duì)斷裂路徑的影響TE等強(qiáng)溫度3二、材料在高溫長(zhǎng)時(shí)載荷作用下的力學(xué)行為1、產(chǎn)生緩慢而連續(xù)的的塑性變形——蠕變變形；2、塑性↓，缺口敏感性↑，一般脆性斷裂；高溫定義：約比溫度T/Tm>0.5。T—試驗(yàn)溫度（K）Tm－金屬熔點(diǎn)（K）金屬及陶瓷的蠕變現(xiàn)象4在討論金屬高溫力學(xué)性能時(shí)，通常使用試驗(yàn)溫度T與金屬熔點(diǎn)Tm的比值T/Tm（稱“約比溫度”），T/Tm＞0.5時(shí)為高溫，T/Tm＜0.5時(shí)為低溫。金屬的再結(jié)晶溫度在0.4~0.5Tm，也就是說使用溫度超過再結(jié)晶溫度即可認(rèn)為高溫。5§

3、8－1金屬的蠕變一、蠕變現(xiàn)象：金屬在長(zhǎng)時(shí)間的恒溫、恒載荷作用下緩慢產(chǎn)生的塑性變形。2、產(chǎn)生條件：約比溫度T/Tm>0.3。熱力學(xué)溫度T—試驗(yàn)溫度Tm—熔點(diǎn)溫度1、蠕變曲線：減速蠕變→穩(wěn)態(tài)蠕變→加速蠕變6水平提高：蠕變各階段的本質(zhì)。蠕變將產(chǎn)生應(yīng)變硬化，使位錯(cuò)開動(dòng)的阻力逐漸增大，因此第一階段蠕變速率逐漸降低。應(yīng)變硬化發(fā)展到一定程度，在溫度作用下將發(fā)生回復(fù)現(xiàn)象，使金屬不斷軟化。最終，當(dāng)應(yīng)變硬化和動(dòng)態(tài)回復(fù)平衡時(shí)，蠕變速率為一常數(shù)，蠕變進(jìn)入恒速蠕變階段。73、應(yīng)力松弛材料在恒變形的條件下，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，彈性應(yīng)力逐漸降低的現(xiàn)象稱為應(yīng)力松弛。應(yīng)力松弛現(xiàn)象應(yīng)力松弛曲線初始應(yīng)力σ0松弛應(yīng)力

4、σs0剩余應(yīng)力σsh提示：剩余應(yīng)力值高，說明材料有較好的松弛穩(wěn)定性。8二、蠕變變形機(jī)理1、位錯(cuò)滑動(dòng)位錯(cuò)激活方式：刃型位錯(cuò)攀移、螺型交滑移、位錯(cuò)環(huán)分解合并等。攀移過程示意圖空位92、擴(kuò)散蠕變（晶內(nèi)）CD處受壓應(yīng)力，空位濃度低。AB處受拉應(yīng)力，空位濃度高?？瘴粩U(kuò)散原子擴(kuò)散物質(zhì)遷移的過程→變形103、晶界滑動(dòng)高溫狀態(tài)下晶界上原子容易擴(kuò)散，受力后晶界易滑動(dòng)，對(duì)蠕變產(chǎn)生貢獻(xiàn)。晶界滑動(dòng)蠕變占總?cè)渥兞康谋壤秊?0％左右；晶粒越小，滑動(dòng)對(duì)蠕變的貢獻(xiàn)越大。總結(jié)：1、蠕變第一階段和第三階段變形易滑移為主；2、蠕變第二階段除滑移外還有原子擴(kuò)散貢獻(xiàn)；11三、蠕變斷裂機(jī)理1、晶界楔形裂紋模型蠕變溫度

5、下，恒載荷使位于最大切應(yīng)力方向的晶界滑動(dòng)，在三晶粒交界處形成應(yīng)力集中。應(yīng)力集中若不能被晶粒的塑性變形或晶界的遷移所松弛，當(dāng)其達(dá)到晶界的結(jié)合強(qiáng)度時(shí)，在三晶粒交界處發(fā)生開裂，形成楔形裂紋。122、晶界空洞裂紋模型晶界滑動(dòng)與晶內(nèi)滑移帶交割形成空洞；晶界滑動(dòng)與第二相質(zhì)點(diǎn)作用形成空洞；133、斷口特征蠕變斷裂主要發(fā)生在晶界上，其斷口宏觀特征表現(xiàn)為：①斷口附近產(chǎn)生塑性變形，并有很多裂紋；②斷口表面有一層氧化膜。斷口的微觀特征主要表現(xiàn)為冰糖狀斷裂形貌。14§8－2金屬高溫力學(xué)性能一、蠕變極限：1、含義：材料在高溫恒載作用下對(duì)塑性變形的抗力2、表示方法（1）規(guī)定溫度下，使試樣產(chǎn)生規(guī)定穩(wěn)態(tài)蠕

6、變速率的最大應(yīng)力。（2）規(guī)定溫度，規(guī)定時(shí)間，使試樣產(chǎn)生規(guī)定總伸長(zhǎng)率的最大應(yīng)力。15舉例：蠕變極限舉例1、2、163、蠕變極限測(cè)定（1）在同一溫度下，不同應(yīng)力水平下進(jìn)行蠕變?cè)囼?yàn)，獲得不同應(yīng)力條件下的穩(wěn)態(tài)蠕變速度（）；（2）在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)中繪制應(yīng)力—穩(wěn)態(tài)蠕變速率曲線(σ—曲線)；（3）用圖解外推法獲得規(guī)定較小蠕變速率下的蠕變極限；17二、持久強(qiáng)度極限1、持久強(qiáng)度：材料在一定的溫度下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，不發(fā)生蠕變斷裂的最大應(yīng)力。2、表示方法：舉例：183、持久強(qiáng)度的應(yīng)用某些在高溫下工作的機(jī)件，不考慮變形量的大小，只要求機(jī)件在使用期內(nèi)不發(fā)生斷裂。4、持久強(qiáng)度測(cè)量：高溫拉伸持久試驗(yàn)→外推法

7、19三、剩余應(yīng)力金屬在長(zhǎng)時(shí)間高溫載荷作用下會(huì)產(chǎn)生蠕變，原來的彈性變形逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄宰冃?，使工作?yīng)力逐漸降低，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)力松弛。工作應(yīng)力在松弛過程中任一時(shí)間所保持的應(yīng)力稱為剩余應(yīng)力，以σr。初始工作應(yīng)力與剩余應(yīng)力之差稱為松弛應(yīng)力，以σre表示。20四、提高蠕變極限和持久強(qiáng)度的主要途徑1、增大位錯(cuò)移動(dòng)和晶界滑移的阻力（1）在等強(qiáng)溫度TE以下、應(yīng)變速率較大時(shí)，金屬蠕變變形以滑移為主，這時(shí)對(duì)金屬對(duì)變形和強(qiáng)化因素的考慮與室溫時(shí)相同。（2）在TE以上、應(yīng)變速率較小時(shí)，金屬蠕變變形以原子擴(kuò)散為主。從擴(kuò)散蠕變考慮，應(yīng)該選擇高熔