《材料的蠕变》ppt课件

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1、在航空航天、能源化工等工业领域，许多构件是在高温下长期服役的，如发动机、锅炉、炼油设备等，它们对材料的高温力学性能提出了很高的要求．正确地评价材料、合理地使用材料、研究新的耐高温材料，成为上述工业发展和材料科学研究的重要任务之一。以航空发动机为例，目前正朝着推力大、耗能低、推重比高和使用寿命长的方向发展。这就要求提高压气机增压比和涡轮前的进口温度等措施来实现，需采用良好高温性能的材料制造涡轮盘、叶片等构件。很明显，材料的高温性能是制约上述发展的重要因素。第8章材料的蠕变温度对材料的力学性能影响很大，而且不同材料的力学性能随温度变化的规律不同。金属材料：随着温度T的升高-

2、---强度极限逐渐降低。断裂方式由穿晶断裂逐渐向沿晶断裂过渡。常温下可用来强化材料的手段，如加工硬化、固溶强化及沉淀强化等，强化效果逐渐削弱甚至消失。陶瓷材料：常温下脆性断裂；而在高温，借助于外力和热激活作用，变形的一些障碍得以克服，材料内部质点发生不可逆的微观位移，陶瓷也能变为半塑性材料。时间也是影响材料高温力学性能的重要因素。常温(RT)：时间对材料的力学性能几乎没有影响（普通环境）。高温(HT)：力学性能表现出时间效应。例：很多金属材料在高温短时拉伸试验时，塑性变形的机制是晶内滑移，从而发生穿晶的韧性断裂。而在应力的长时间作用下，即使应力不超过屈服强度，也会发生晶

3、界滑动，导致沿晶的脆性断裂。进而使高温下金属的强度随时间延长而降低。温度的高低：相对于材料熔点而言。一般地：高温：T／Tm>0.3～0.4低温：T／Tm<0.3T：试验温度，Tm：材料熔点，(K)部分金属熔点与高温的含义TmTLPb：327.4℃20℃Mg：650℃20℃Cu：1083℃160℃Fe：1536℃341℃W：3410℃1091℃8.1蠕变现象和蠕变曲线蠕变（Creep）：材料在长时间的恒温、恒应力作用下缓慢地产生塑性变形的现象。蠕变断裂：由于蠕变变形而最后导致的材料断裂。8.1.1蠕变现象蠕变的温度在应力作用下，蠕变可以发生在任何温度。低温时，蠕变效应不明

4、显，可以不考虑。T>0.3Tm时，蠕变效应比较显著，此时需要考虑蠕变的影响。因此，工程上把T≥0.3Tm的温度确定为明显蠕变的温度。不同的材料，出现明显蠕变的温度不同。例如：碳钢超过300℃、合金钢超过400℃就出现蠕变效应，而高熔点的陶瓷材料在1100℃以上也不发生明显蠕变。8.1.2典型的蠕变曲线瞬时应变蠕变速率减速蠕变恒速蠕变加速蠕变蠕变断裂恒温、恒应力条件第I阶段：AB段，减速蠕变阶段(过渡蠕变阶段)。开始的蠕变速率很大，随着时间的延长，蠕变速率逐渐减小，到B点，蠕变速率达到最小值；第Ⅱ阶段：BC段，恒速蠕变阶段(稳态蠕变阶段)。特点是蠕变速率几乎不变。一般可以

5、表示为材料的蠕变速率。第Ⅲ阶段：CD段，加速蠕变阶段(失稳蠕变阶段)，随着时间的延长，蠕变速率逐渐增大，到D点发生蠕变断裂。蠕变时应变与时间的关系：＝0＋f(t)+Dt+(t)0：瞬时应变；f(t)：减速蠕变；Dt：恒速蠕变；(t)：加速蠕变。常用的蠕变与时间的关系：瞬时应变减速蠕变恒速蠕变蠕变应变速率与时间的关系:n为小于1的正数；t很小时，应变速率随t↑逐渐减小-----第一阶段；t增大时，应变速率随t↑接近恒定值-----第二阶段。8.1.3应力和温度对蠕变曲线的影响σ↑T↑不同材料在不同条件下的蠕变曲线是不同的，同一种材料的蠕变曲线也随应力和温度的变化

6、而不同。8.2.1蠕变极限高温服役的构件在其服役期内，不允许产生过量的蠕变变形，否则将引起构件的早期失效。因此，为保证高温长期载荷作用下的构件不致产生过量变形，要求材料须具有一定的蠕变极限。蠕变极限：反映长期载荷作用下的材料对高温蠕变变形的抗力。它是选用高温材料、设计高温下服役机件的主要依据之一。8.2蠕变极限与持久强度1）在给定温度下，使试样在蠕变第二阶段产生规定稳态蠕变速率的最大应力定义为蠕变极限。记作：T：温度（℃）；：第二阶段的稳态蠕变速率（％／h）。蠕变极限的两种表示方法：.例如：表示在500℃的条件下，第二阶段的稳态蠕变速率＝110－5％／h的应力值为8

7、0MPa。即：蠕变极限＝80MPa在高温下长期服役的构件，如在汽轮机、电站锅炉的设计中，常把蠕变速率＝110－5％／h的应力定义为蠕变极限，作为选材和机件设计的依据。2）在给定温度和时间的条件下，使试样产生规定的蠕变应变量的最大应力定义为蠕变极限。记作：T：表示实验温度（℃）／t：表示在给定的时间t(h)内产生的蠕变应变为（%）。例如：表示在600℃，10万小时后，蠕变应变量＝1％的应力值为100MPa。即：蠕变极限＝100MPa对于按稳态蠕变速率定义的蠕变极限，其测定程序为：在同一温度、不同应力下迸行蠕变实验，测出不少于4条的蠕变