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1、第七章 高溫及環(huán)境下的材料力學(xué)性能7.1材料的蠕變7.2蠕變變形及斷裂機(jī)制7.3高溫力學(xué)性能指標(biāo)7.6陶瓷材料的抗熱震性7.8應(yīng)力松弛7.10環(huán)境介質(zhì)作用下的力學(xué)性能高壓蒸汽鍋爐、汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、柴油機(jī)、化工煉油設(shè)備以及航空發(fā)動機(jī)中的構(gòu)件長期在高溫條件下工作，材料的高溫力學(xué)性能不同于室溫。溫度的“高”或“低”是相對熔點Tm來講的，一般采用“約比溫度（T/Tm）”來描述。金屬材料：T/Tm>0.3-0.4；(以絕對溫度K計算)陶瓷材料：T/Tm>0.4-0.5；高分子材料T>Tg（Tg為玻璃化轉(zhuǎn)變溫度）高溫作用下，環(huán)境介質(zhì)的腐蝕活性隨溫度升高而很快增加，加速高溫下裂紋生成
2、與擴(kuò)展。本章主要介紹材料在高溫長時載荷作用下的蠕變現(xiàn)象，討論蠕變變形和斷裂機(jī)理、高溫力學(xué)性能指標(biāo)與影響因素，及材料的應(yīng)力腐蝕、氫脆和腐蝕疲勞。7.1材料的蠕變?nèi)渥儸F(xiàn)象：材料在長時間的恒溫、恒應(yīng)力（載荷）作用下，即使應(yīng)力低于彈性極限，也會發(fā)生緩慢塑性變形的現(xiàn)象。破壞形式：蠕變斷裂（蠕變變形導(dǎo)致的斷裂）高溫蠕變：T>0.5Tm以上蠕變過程可用蠕變曲線來描述。蠕變曲線測定：靜力法蠕變試驗（溫度T、載荷P恒定）材料的蠕變現(xiàn)象和蠕變曲線：按蠕變速率的變化，蠕變過程分成三個階段：金屬、陶瓷的典型蠕變曲線第一階段（ab）：蠕變速率隨時間減小－－減速蠕變或過渡蠕變階段。第二階段（bc）：
3、蠕變速率不變且最小－－穩(wěn)態(tài)蠕變或恒速蠕變階段。第三階段（cd）：時間延長，蠕變速度逐漸增大，直至d點產(chǎn)生蠕變斷裂－－加速蠕變階段。蠕變速度：同一材料的蠕變曲線隨應(yīng)力大小、溫度高低有不同：應(yīng)力較小、溫度較低時：蠕變的恒速蠕變階段持續(xù)時間長，甚至不出現(xiàn)加速蠕變階段；應(yīng)力較大、溫度較高時：蠕變恒速蠕變階段持續(xù)時間短，甚至消失，試樣在短時間內(nèi)斷裂，主要為加速蠕變。7.2、蠕變變形及斷裂機(jī)制（1）位錯滑移蠕變位錯滑移仍是蠕變變形一種重要的變形機(jī)制。高溫下會出現(xiàn)新的滑移系。常溫下，如果滑移面上的位錯運(yùn)動受阻產(chǎn)生塞積，滑移不能進(jìn)行，只有在更大的切應(yīng)力作用下位移重新運(yùn)動和增殖（硬化）。但
4、在高溫下，位錯可借助于外界提供的熱激活能和空位擴(kuò)散克服某些短程障礙，從而產(chǎn)生變形（軟化）。一、蠕變變形機(jī)制：位錯滑移蠕變、擴(kuò)散蠕變、晶界滑動蠕變高溫下的位錯熱激活主要是刃型位錯的攀移，模型見下圖：（2）擴(kuò)散蠕變承受拉應(yīng)力（A、B晶界）的晶界，空位濃度增加；承受壓應(yīng)力（C、D晶界）的晶界，空位濃度減小。晶體內(nèi)空位從受拉晶界向受壓晶界遷移，原子朝相反方向運(yùn)動，使得晶體伸長－－擴(kuò)散蠕變。認(rèn)為蠕變是高溫下大量原子與空位定向移動造成的：（3）晶界滑動蠕變機(jī)制晶界在外力的作用下，會發(fā)生相對滑動變形：在常溫下，可以忽略不計；但在高溫時，晶界的相對滑動可以引起明顯的塑性變形，產(chǎn)生蠕變。二
5、、蠕變損傷與斷裂機(jī)制等強(qiáng)溫度以上工作的材料，晶粒不可過細(xì)。等強(qiáng)溫度蠕變斷裂多數(shù)為沿晶斷裂，由此可見蠕變造成的損傷主要發(fā)生在晶界上。變形速率提高，等強(qiáng)溫度提高。不同溫度及應(yīng)力條件下，晶界裂紋的形成方式有兩種：（1）在三晶粒交會處形成楔形裂紋在高應(yīng)力和低溫下，晶界滑動在三晶粒交會處受阻，造成應(yīng)力集中形成空洞，空洞互相連接形成楔形裂紋。（2）在晶界上由空洞形成晶界裂紋較低應(yīng)力和較高溫度下，在晶界形成空洞，空洞長大并連接形成裂紋。蠕變斷裂斷口的宏觀特征：(1)斷口附近產(chǎn)生塑性變形，在變形區(qū)附近有很多裂紋，斷裂機(jī)件表面出現(xiàn)龜裂現(xiàn)象；(2)由于高溫氧化，斷口表面被一層氧化膜所覆蓋。蠕
6、變斷裂主要在晶界上產(chǎn)生（沿晶斷裂），所以晶界的形態(tài)、晶界上的析出物和雜質(zhì)偏聚、晶粒大小和晶粒度的均勻性對蠕變斷裂都會產(chǎn)生很大影響。微觀斷口特征：主要是冰糖狀花樣的沿晶斷裂形貌。7.3高溫力學(xué)性能指標(biāo)——蠕變極限與持久強(qiáng)度（1）蠕變極限為保證在高溫長期載荷作用下的機(jī)件不致產(chǎn)生過量變形，要金屬材料具有一定的蠕變極限。蠕變極限是高溫長期載荷作用下材料對塑性變形抗力的指標(biāo)，與常溫下的屈服強(qiáng)度相似。在規(guī)定溫度下，使蠕變速率為零時的最大應(yīng)力－－物理蠕變極限，但其無實際意義（值很小），工程上用的是條件蠕變極限。條件蠕變極限的表示方法有兩種：(1)－－在規(guī)定溫度（t）下，使試樣產(chǎn)生規(guī)定的
7、穩(wěn)態(tài)蠕變速率的最大應(yīng)力。600℃，蠕變速率ε=1×10-5%/h的蠕變極限為60MPa。500℃下，使材料在10萬小時內(nèi)產(chǎn)生1%伸長率的蠕變極限為100MPa。(2)－－在規(guī)定溫度t和規(guī)定的試驗時間τ內(nèi)，使試樣產(chǎn)生的蠕變總應(yīng)變量為δ的最大應(yīng)力。在使用上，選用哪種表示方法應(yīng)視蠕變速率與服役時間而定。持久強(qiáng)度極限定義：材料在高溫長時載荷作用下的斷裂強(qiáng)度。蠕變極限表征的是蠕變變形抗力，持久強(qiáng)度極限表征斷裂抗力，是兩種不同的性能指標(biāo)。持久強(qiáng)度極限表示方法：（2）持久強(qiáng)度極限表示材料在700℃經(jīng)1000小時后發(fā)生斷裂的應(yīng)力（即持久強(qiáng)度極
