[工學(xué)]金屬的力學(xué)性能第八章金屬高溫力學(xué)性能ppt課件.ppt

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1、第八章金屬高溫力學(xué)性能歷史背景：(1)古代，人們發(fā)現(xiàn)懸掛的鉛管自身伸長現(xiàn)象。(2)1905年菲利普斯發(fā)表關(guān)于金屬絲、橡膠、玻璃在恒定拉應(yīng)力作用下緩慢延伸的實驗結(jié)果。1(3)1922年狄根遜提出，在相當(dāng)長時間內(nèi)承受應(yīng)力時，尤其是在高溫下，任何材料在低于σb(室溫或試驗溫度)時也會發(fā)生破壞——蠕變的研究?，F(xiàn)當(dāng)代：火箭發(fā)動機、汽輪機、石油化工機械等發(fā)展—高溫(T)、長期(t)。2一、溫度對金屬材料機械性能影響1、通常金屬的變形抗力隨溫度↑而↓：隨T↑,σ、HB↓。2、原因—晶格阻力下降，原子活動能力提高

2、。(1)位錯運動障礙↓；(2)位錯運動方式↑：交滑移、攀移；(3)存在回復(fù)、再結(jié)晶等軟化機制；(4)存在晶界運動等形變機制。3二、時間對金屬材料力學(xué)性能的影響高溫下力學(xué)性能與載荷持續(xù)時間關(guān)系很大。例如：鋼的σb隨載荷持續(xù)時間↑而↓。故：(1)常溫下研究時：應(yīng)力－應(yīng)變曲線。(2)高溫下研究時：應(yīng)力－應(yīng)變+溫度+時間。4三、溫度和時間對斷裂路徑的影響溫度T↑，載荷t↑，斷裂由穿晶斷裂過渡到沿晶斷裂。原因：隨溫度T↑，晶界強度下降速度快于晶內(nèi)強度的下降。5四、等強溫度(TE)概念晶粒與晶界兩者強度相等的

3、溫度，稱為等強溫度。TTE時，沿晶斷裂。6圖8-1溫度和變形速率對金屬斷裂路徑的影響(a)等強溫度TE(b)變形速率對TE的影響晶界強度對變形速度的敏感性比晶內(nèi)強度大，所以，變形速率↑，TE↑。7(1)當(dāng)約比溫度>0.5時——高溫狀態(tài)。(2)當(dāng)約比溫度<0.5時——低溫狀態(tài)。(3)不同的金屬材料，在同樣的約比溫度下，其蠕變行為相似，力學(xué)性能的變化規(guī)律也是相同的。五、高溫和低溫的判定8一、蠕變現(xiàn)象1、蠕變：金屬在長時間的恒溫、恒載荷作用下緩慢地產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象，稱為蠕變。約

4、比溫度T/Tm>0.3時須考慮。2、蠕變斷裂：由蠕變而最后導(dǎo)致材料的斷裂?！?.1金屬的蠕變現(xiàn)象93、蠕變曲線圖8-2典型蠕變曲線10(1)第一階段：減速蠕變階段也稱過渡蠕變階段、初級蠕變或第一階段蠕變，Primarycreep。加工硬化占主體。(2)第二階段：恒速蠕變階段也稱穩(wěn)態(tài)蠕變階段、第二階段蠕變或二級蠕變，secondarycreep。加工硬化與回復(fù)等軟化機制作用相等。11(3)第三階段：加速蠕變階段隨τ↑，蠕變速率↑，直至蠕變斷裂。也是一個裂紋形成和擴展的過程。注：同一材料的蠕變曲線隨應(yīng)

5、力、溫度而變。圖8-3(a)恒溫改變應(yīng)力；(b)恒應(yīng)力下改變溫度12應(yīng)力松弛：在規(guī)定溫度和初始應(yīng)力條件下，金屬材料中的應(yīng)力隨時間增加而減小的現(xiàn)象。131、蠕變的變形機制(1)常溫下：位錯的增殖與運動→產(chǎn)生塑性變形→位錯運動受阻→變形停止。(2)但在高溫下：外界提供熱激活能，促進原子擴散→位錯持續(xù)運動→產(chǎn)生了蠕變變形?！?.2蠕變變形與蠕變斷裂機制14(1)位錯滑移蠕變變形時，溫度升高，原子擴散加劇，促進位錯攀移引起動態(tài)回復(fù)，形成亞晶，導(dǎo)致位錯運動阻力下降，從而可以進一步蠕變變形，動態(tài)回復(fù)起主要作用

6、。圖8-4刃型位錯攀移克服障礙的模型15(2)擴散蠕變在更高溫度(甚至接近于Tm時)→原子擴散進一步加劇→較多數(shù)量的原子(空位)直接發(fā)生遷移性擴散→擴散蠕變。圖8-5擴散蠕變模型16(3)擴散蠕變?nèi)渥兊膮f(xié)調(diào)機制-晶界滑動多晶體材料中原子受壓的晶界向受拉晶界擴散，結(jié)果使每一個晶粒都獨立發(fā)生變形，向拉應(yīng)力方向伸長。這種晶粒形狀的變化必須通過晶界滑動來協(xié)調(diào)，否則就會在受壓晶界形成空隙。圖8-6晶界滑動17圖8-7晶界滑動的協(xié)調(diào)機制18晶界滑動使晶粒2的上半部分向左移動而下半部分向右移動。在1/2晶界上物

7、質(zhì)堆積而2/3晶界上產(chǎn)生空隙。必須通過晶粒2中心附近的滑移造成塑性流動來消除，即通過晶內(nèi)塑性變形來協(xié)調(diào)晶界滑動。19(4)高溫塑性變形機制圖單晶體的高溫蠕變機制主要包括位錯滑移、攀移和擴散蠕變。在高溫下，由位錯和空位控制的蠕變機制，由于應(yīng)變速率、應(yīng)力和溫度的不同，又存在不同的形式。包括熱激活滑移機制、位錯芯區(qū)擴散控制的低溫位錯攀移蠕變、晶格點陣擴散控制的高溫位錯攀移蠕變、晶格擴散控制的N-H蠕變和晶界擴散控制的Coble蠕變。20對于給定的材料，在一定溫度/應(yīng)力下某一變形機制占優(yōu)勢，當(dāng)溫度/應(yīng)力條

8、件改變時變形機制也可能發(fā)生變化。換句話說，在一定溫度/應(yīng)力下可能有多種變形機制起作用，如位錯攀移蠕變和空位擴散蠕變同時發(fā)生，但溫度高、應(yīng)力低時擴散蠕變所產(chǎn)生的應(yīng)變量比攀移蠕變產(chǎn)生的應(yīng)變量大，此時“占優(yōu)勢”的機制是擴散蠕變。材料的變形機制圖就是該材料在給定的溫度/應(yīng)力下占優(yōu)勢的變形機制及變形速率的圖示。21圖8-8純鎳的應(yīng)力-溫度變形機制圖222、蠕變斷裂機制主要是由于晶界滑動在晶界上形成裂紋并逐漸擴展而引起的，宏觀上為典型的脆性破壞。(1)機制一：在三晶粒交會處形成楔形裂紋高應(yīng)力，