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《材料力學(xué)性能第八章-金屬高溫力學(xué)性能ppt課件.pptx》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。
1、第八章金屬高溫力學(xué)性能主要內(nèi)容金屬蠕變現(xiàn)象金屬高溫力學(xué)行為蠕變變形及斷裂機(jī)理高溫性能指標(biāo)及影響因素金屬材料在高溫下的力學(xué)行為在高壓蒸汽鍋爐、汽輪機(jī)、柴油機(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)等設(shè)備中，很多機(jī)件長(zhǎng)期在高溫下服役。對(duì)于這類機(jī)件的材料，只考慮常溫短時(shí)靜載時(shí)的力學(xué)性能是不夠的。如化工設(shè)備中高溫高壓管道，雖然承受的應(yīng)力小于該工作溫度下材料的屈服強(qiáng)度，但在長(zhǎng)期使用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生連續(xù)的塑性變形，使管徑逐步增大，甚至?xí)?dǎo)致管道破裂。民用機(jī)接近1500℃，軍用機(jī)在2000℃左右。對(duì)長(zhǎng)期在高溫條件下工作的金屬機(jī)件，如果僅考慮常溫短時(shí)
2、靜載下的力學(xué)性能顯然是不夠的。因?yàn)闇囟群妥饔脮r(shí)間對(duì)金屬材料的力學(xué)性能影響很大。1、溫度的影響：一般隨溫度升高，金屬材料的強(qiáng)度降低而塑性增加。2、載荷持續(xù)時(shí)間的影響：如果不考慮環(huán)境介質(zhì)的影響，則可認(rèn)為材料的常溫靜載力學(xué)性能與載荷持續(xù)時(shí)間關(guān)系不大。但在高溫下，載荷持續(xù)時(shí)間對(duì)力學(xué)性能有很大影響。⑴σ<σs，長(zhǎng)期使用過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生蠕變，可能最終導(dǎo)致斷裂。⑵隨載荷持續(xù)時(shí)間的延長(zhǎng)，高溫下鋼的抗拉強(qiáng)度降低。⑶在高溫短時(shí)拉伸時(shí)，材料的塑性增加；但在長(zhǎng)時(shí)載荷作用下，金屬材料的塑性卻顯著降低，缺口敏感性增加，往往呈現(xiàn)脆性斷
3、裂。⑷溫度和時(shí)間的聯(lián)合作用還影響材料的斷裂路徑。3、等強(qiáng)溫度隨試驗(yàn)溫度的升高，金屬的斷裂由常溫下常見(jiàn)的穿晶斷裂過(guò)渡到沿晶斷裂。原因：溫度升高時(shí)，晶粒強(qiáng)度和晶界強(qiáng)度都降低，但由于晶界上原子排列不規(guī)則，擴(kuò)散容易通過(guò)晶界進(jìn)行，因此晶界強(qiáng)度下降較快。金屬材料在高溫下的力學(xué)性能，還必須加入溫度和時(shí)間兩個(gè)因素，研究溫度、應(yīng)力、應(yīng)變與時(shí)間的關(guān)系，才能建立評(píng)定金屬材料高溫力學(xué)性能指標(biāo)。4、約比溫度⑴定義：試驗(yàn)溫度t與金屬熔點(diǎn)tm的比值（t/tm）。t，tm均為絕對(duì)溫度。⑵衡量：當(dāng)t/tm>0.5時(shí)，為“高溫”；反之則為
4、“低溫”。⑶意義：對(duì)于不同的金屬材料，在同樣的約比溫度下，其蠕變行為相似，其力學(xué)性能變化規(guī)律也是相同的。§8－1金屬的蠕變現(xiàn)象一、蠕變的定義金屬在長(zhǎng)時(shí)間恒溫、恒載荷（即使應(yīng)力小于該溫度下的屈服強(qiáng)度）作用下緩慢地產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象。由蠕變變形導(dǎo)致的材料的斷裂，稱為稱為蠕變斷裂。蠕變?cè)诘蜏叵乱矔?huì)產(chǎn)生，但只有當(dāng)約比溫度大于0.3時(shí)才比較顯著。如碳鋼超過(guò)300℃、合金鋼超過(guò)400℃時(shí)就必須考慮蠕變的影響。二、金屬的蠕變過(guò)程金屬的蠕變過(guò)程可用蠕變曲線來(lái)描述：第一階段：ab減速蠕變階段，又稱過(guò)渡蠕變階段。開始大，逐
5、漸減速；第二階段：bc恒速蠕變階段，又稱穩(wěn)態(tài)蠕變階段。速率幾乎保持不變；第三階段：cd加速蠕變階段，逐漸增大，最后產(chǎn)生斷裂。蠕變曲線的常用經(jīng)驗(yàn)表達(dá)式瞬時(shí)應(yīng)變減速蠕變恒速蠕變一般為小于1的正數(shù)蠕變速率不同材料的蠕變曲線不同，同一材料的蠕變曲線隨著溫度高低及應(yīng)力的大小而有不同：只有在適當(dāng)?shù)膽?yīng)力和溫度范圍才可清楚地顯示出減速蠕變階段、恒速蠕變階段和減速蠕變?nèi)齻€(gè)階段。三、應(yīng)力松弛對(duì)于在高溫下工作、依靠原始彈性變形獲得工作應(yīng)力的機(jī)件，在總變形量不變的前提下，彈性變形變?yōu)樗苄宰冃?，從而使工作?yīng)力降低，導(dǎo)致失效。在溫
6、度及初始應(yīng)力一定時(shí)，材料中的應(yīng)力隨著時(shí)間的增加而減小的現(xiàn)象稱為應(yīng)力松弛。可以看成應(yīng)力不斷降低條件下的蠕變過(guò)程。應(yīng)力松弛：應(yīng)變a）、應(yīng)力b）隨時(shí)間變化曲線16§8-2蠕變變形與蠕變斷裂機(jī)理一、蠕變變形機(jī)理金屬的蠕變變形主要通過(guò)位錯(cuò)滑移、原子擴(kuò)散等機(jī)理進(jìn)行，與溫度及應(yīng)力的變化有關(guān)。（一）位錯(cuò)滑移蠕變常溫下，如果滑移面上的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻產(chǎn)生塞積，滑移就不能進(jìn)行，只有在更大的切應(yīng)力作用下位移重新運(yùn)動(dòng)和增殖。高溫下，位錯(cuò)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，有利于加強(qiáng)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)（滑移、攀移、交滑移等
7、），克服短程障礙。從而產(chǎn)生塑性變形。17當(dāng)塞積在某種障礙前的位錯(cuò)通過(guò)熱激活可以在新的滑移面上運(yùn)動(dòng)，或與異號(hào)位錯(cuò)相遇對(duì)消、或形成亞晶界、或被晶界吸收。18在蠕變第一階段：由于蠕變變形逐步產(chǎn)生應(yīng)變硬化，使位錯(cuò)源移動(dòng)的阻力及位錯(cuò)滑移的阻力逐漸增大，使得蠕變速率不斷降低。也稱為“減速蠕變階段”。蠕變第一階段是很短的，不超過(guò)幾百小時(shí)。一般在高溫下工作的機(jī)件所要求的壽命都設(shè)定在蠕變第二階段。在蠕變第二階段：當(dāng)某一位錯(cuò)被激活發(fā)生攀移時(shí)，位錯(cuò)源再次放出一個(gè)位錯(cuò)，形成動(dòng)態(tài)回復(fù)過(guò)程，硬化與軟化達(dá)到平衡，蠕變速率為一常數(shù)。2
8、0（二）擴(kuò)散蠕變這是在較高溫度下的一種蠕變變形機(jī)理，約比溫度t/tm>0.5。高溫和應(yīng)力的作用下，空位、原子的定向擴(kuò)散（不均勻應(yīng)力場(chǎng)）。∴材料產(chǎn)生蠕變。21承受拉應(yīng)力（A、B晶界）的晶界，空位濃度減??；承受壓應(yīng)力（C、D晶界）的晶界，空位濃度增加。這種晶體內(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(dòng)，使得晶體伸長(zhǎng)的蠕變，稱為擴(kuò)散蠕變。22（三）晶界滑動(dòng)高溫和應(yīng)力的作用下，因晶界上的原子容易擴(kuò)散，受力后晶界易產(chǎn)生滑動(dòng)（即晶粒發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)），
