金属材料的高温力学性能 材料力学性能课件.ppt

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1、第八章金属材料的高温力学性能主要内容蠕变及其组织变化、变形和断裂机制应力松弛的现象、本质、稳定性喷气发动机的工作温度在700℃左右前言民用机接近1500℃，而军用机在2000℃左右。航天器的局部工作温度可达2500℃。高温：再结晶温度（0.4~0.5）Tm以上材料强度随温度升高而降低：1.位错克服障碍的能力加强，形式也有变化交滑移或攀移的方式越过障碍2.新的滑移系开动Al出现{100}<100>和{211}<110>滑移系3.新的变形机制晶界强度低于晶内强度并参与变形高温力学性能特点常用强化手段的局限性：1.应变（形变）强化被回复和再结晶过程消除2.沉淀强化

2、第二相的集聚、长大、粗化3.细晶强化高温时晶界强度↓晶界体积分数↑材料强度↓晶界体积分数↑晶界扩散能力↑塑性变形能力↑材料强度↓性能与载荷作用时间相关：蠕变和应力松弛现象断裂方式不同：室温高温1.静载荷位错塞积脆性解理蠕变穿晶、沿晶2.循环载荷疲劳穿晶疲劳、蠕变穿晶、沿晶混合环境影响：影响不大高温氧化※不能用常温力学性能衡量构件的高温力学性能1.蠕变、蠕变极限及持久强度1）高温蠕变曲线及其测定蠕变：金属在恒温、恒应力作用下，随时间变化，缓慢产生塑性变形的现象金属拉伸蠕变实验方法GB2039-80一、金属的蠕变与持久Ⅰ：减速蠕变阶段Ⅱ：恒速蠕变或稳态蠕变阶段蠕

3、变速率最小Ⅲ：加速蠕变阶段蠕变及蠕变速率曲线蠕变速率2）影响蠕变过程的参数温度和应力3）蠕变极限a）定义：在规定的温度和时间内，达到规定蠕变变形量或蠕变速度时所能承受的最大应力。b）意义和作用：表征对蠕变变形的抗力；选材依据c）表示方法：在规定温度下，当蠕变第二阶段的蠕变速率恰好等于某一规定值时，对应的应力值为蠕变极限，记为例如：=80MN/mm2在一定温度下，在规定的时间内，恰好产生某一允许的总变形量，其所对应的应力确定为蠕变极限，记为例如：=100MN/mm2两种表示方法的比较：适用于蠕变速率大而且服役时间短的情况适用于服役时间长，蠕变速率小的情况d）蠕

4、变极限的测定外推法：通过较高应力下的短时间试验测定的蠕变极限来推测较低应力下长时间蠕变的蠕变极限温度相同－－外推同一温度下的蠕变极限多个不同的较高应力－－保证外推的可靠性应力和蠕变速率的既定关系－－外推的依据A,n是材料常数纯金属：n=4~5；固溶体：n=3；弥散强化合金：n=30~40只能外推一个数量级：组织不稳定，第二相析出、长大或溶解应力和蠕变速率关系式取对数4）持久强度与持久塑性a）持久强度：在一定的温度和规定时间内，不发生蠕变断裂的最大应力，记为例如：=200MPab）意义和作用：表征对蠕变断裂的抗力；选材依据c）蠕变极限与持久强度比较蠕变极限表征

5、高温下材料的抗变形能力，持久强度则表征材料的抗断裂能力持久试验比蠕变试验简单选材时标准的不同d）持久强度测定持久寿命：在给定的温度和应力下试样断裂的时间应力与持久寿命的关系（外推依据）lgt和lgσ并不真正符合线性关系；测出折点后再外推，时间不超过一个数量级e）持久塑性：用试样断裂后的延伸率和断面收缩率来表示反映材料在高温长时作用下的塑性性能蠕变脆性：在短时试验塑性很高，高温长时加载后塑性显著降低（有的仅1%）持久塑性不能外推2.蠕变过程的组织变化、变形和断裂机制1）组织变化a）形变分布不均匀第一阶段：亚晶形成；第二阶段：尺寸增加到一定大小后基本不变；第三阶

6、段：没有大的变化b）发生再结晶现象低温蠕变：完全不发生回复和再结晶高温蠕变：同时进行回复和再结晶。再结晶不一定在回复完成之后才开始。c）复杂组织变化持续应力作用加速新相的形核与长大固溶原子沿应力梯度定向移动，使第二相择优溶解或集聚2）变形机制a）位错滑移蠕变：与位错的滑移和攀移有关b）晶界滑动蠕变：与晶界性质有关c）空位扩散蠕变：高温低应力，位错无法运动条件下a）位错滑移蠕变变形硬化和软化共同作用形成蠕变三阶段硬化：位错受到障碍阻滞软化：位错借助热激活和空位扩散来克服障碍b）晶界滑动蠕变晶界运动两种形式：滑动：晶界两边的晶体沿界面相对错动温度升高，晶粒度减小

7、，滑动对变形贡献增大移动：晶界沿法线方向运动本身对变形贡献不大，但消除了晶界附近畸变，利于蠕变进一步进行。c）空位扩散蠕变受力不同，空位平衡浓度不同拉应力空位浓度增大；压应力空位浓度降低；空位在晶内做定向扩散Herring-Nabarro蠕变空位沿晶界扩散Coble蠕变晶粒内部扩散蠕变示意图空位移动方向原子移动方向蠕变变形机制总结低温高应力以位错滑移为主（回复难以发生）高温高应力位错滑移和攀移，晶界运动（回复得以进行）高温低应力扩散机制：包括晶界扩散和晶内扩散低温低应力以晶界扩散为主3）断裂机制a）等强温度TTE沿晶断裂1b）沿晶断裂机制

8、裂纹形成：楔形裂纹和空洞型裂纹楔形裂纹：较高应力和较