蠕变资料讲解.ppt

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1、第十章金属材料在高温下的力学行为110.1引言研究背景：1温度对金属材料力学性能影响很大在高压蒸汽锅炉、汽轮机、燃气轮机、柴油机、航空发动机以及化工炼油设备中，很多机件长期在高温条件下服役。例如，蒸汽锅炉及化工设备中的高温高压管道，虽承受应力小于该温度下材料的屈服强度，但在长期使用中会产生缓慢而连续的塑性变形（即蠕变现象），使管径逐惭增大。如设计、选材不当或使用中疏忽，将导致管道破裂。2在高温下载荷持续时间对力学性能有很大影响。试验表明:20钢在450℃时的短时抗拉强度为320MPa。当试样承受应力为225MPa时，持续300h便断裂。若将应力降至115MPa左右，持续10000h也能使试样

2、断裂。2在高温短时载荷作用下，金属材料的塑性增加；但在高温长时载荷作用下，塑性却显著降低，缺口敏感性增加，往往呈现脆性断裂现象。3此外，温度和时间的联合作用还影响金属材料的断裂路径。随着试验温度升高，金属的断裂由常温下常见的穿晶断裂过渡到沿晶断裂。温度对晶内强度和晶界强度的影响－等强温度4原因是：温度升高，晶粒强度和晶界强度都要降低，但晶界强度下降较快所致。晶粒与晶界两者强度相等的温度称为“等强温度”，用TE表示。由于晶界强度对变形速率的敏感性要比晶内的大得多，因此等强温度TE随变形速率增加而升高。5综上所述：金属材料在高温下的力学性能，不能只简单地用常温下短时拉伸的应力－应变曲线来评定，还

3、须考虑温度和时间两个因素。温度+时间+载荷---决定材料的高温力学性能所谓温度“高”或“低”：相对于该金属熔点Tm而言的。采用“约比温度(T／Tm)”更为合理（T－试验温度，Tm－金属熔点，用热力学温度表示)。当T／Tm＞0.5时为“高温”；反之，T／Tm<0.5，为“低温”。6主要内容：阐述金属材料在高温长时载荷作用下的蠕变现象。讨论蠕变变形和断裂的机理。介绍高温力学性能指标及影响因素。710.2蠕变、蠕变极限及持久强度高温下金属力学行为的重要特点就是产生蠕变。所谓蠕变：指金属在长时间高温、恒载荷作用下,即使应力低于弹性极限时，也缓慢地产生塑性变形的现象。由于蠕变而最后导致金属材料的断裂称

4、为蠕变断裂。蠕变在较低温度下也会产生，但只有当约比温度(T／Tm)大于0.3时才比较显著。如碳钢温度超过300℃、合金钢温度超过400℃时，就必须考虑蠕变的影响。8910典型的蠕变曲线金属蠕变过程用蠕变曲线来描述，典型的蠕变曲线如图。OA线段：是试样在t温度下承受恒定拉应力σ时所产生的起始伸长率ε0。若应力超过金属在该温度下的屈服强度，则ε0包括弹性伸长率和塑性伸长率两部分。此应变还不算蠕变，而是由外载荷引起的一般变形过程。11典型的蠕变曲线从a点开始随时间τ增长而产生的应变属于蠕变，abcd曲线即为蠕变曲线。蠕变曲线上任一点的斜率，表示该点的蠕变速率。按照蠕变速率的变化情况，可将蠕变过程分

5、为三个阶段：（1）减速蠕变阶段－ab（2）恒速蠕变阶段－bc（3）加速蠕变阶段－cd12（1）减速蠕变阶段（又称过渡蠕变阶段）－ab这一阶段开始的蠕变速率很大，随着时间延长，蠕变速率逐渐减小，到b点蠕变速率达到最小值。13（2）恒速蠕变（又称稳态蠕变）阶段－bc。这一阶段的特点是蠕变速率几乎保持不变。一般所指的金属蠕变速率，就是以这一阶段蠕变速率表示。14（3）加速蠕变阶段－cd在此阶段随着时间的延长，蠕变速率逐渐增大，至d点产生蠕变断裂。15温度与应力对蠕变曲线的影响：在应力较小或温度较低时，蠕变第二阶段持续时间较长，甚至不出现第三阶段。反之，蠕变第二阶段很短，甚至消失，很短时间内就断裂。

6、16金属高温力学性能指标一、蠕变极限为保证在高温长时载荷作用下的机件不致产生过量蠕变，要求金属材料具有一定的蠕变极限。与常温下的屈服强度相似，蠕变极限是金属材料在高温长时载荷作用下的塑性变形抗力指标。17蠕变极限有两种表示方式（1）以蠕变速率ε确定蠕变极限:在规定温度（t）下，使试样产生的稳态蠕变速率（ε）不超过规定值的最大应力，以符号表示。在电站锅炉、汽轮机和燃气轮机制造中，规定的蠕变速率大多为1×10-5％／h或1×10-4％／h。例如：表示温度为600℃的条件下，稳态蠕变速率ε=l×10-5％／h的蠕变极限为60MPa。18（2）以总伸长率ε确定蠕变极限：在规定温度（T）下和在规定试验

7、时间（t）内，使试样产生的蠕变总伸长率（ε）不超过规定值的最大应力。以表示。例如：表示材料在600℃温度下，100000h后总伸长率为1％的蠕变极限为60MPa。试验时间t及蠕变总伸长率ε的具体数值是根据机件的工作条件来规定的。192021二、持久强度对于高温材料，除测定蠕变极限外，还必须测定其在高温长时载荷作用下的断裂强度，即持久强度。持久强度:是在规定温度（T）下，达到规定的持续时间（t）而不发生断裂的最