第八章 金属高温力学性能课件.ppt

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1、第八章金属高温力学性能南京工程学院材料工程学院一、举例：20钢在不同温度下的力学性能淬火＋低温回火后抗拉强度1530MPa；450℃时测量的抗拉强度是320MPa；在225MPa载荷作用300后小时断裂；在115Mpa载荷作用10000小时断裂；总结：1、温度对材料的学性能有影响；2、载荷持续时间对材料性能也有影响；温度＋时间＋载荷决定材料高温行为。2高温对金属力学性能的影响有以下几个方面：（1）在低应力条件下使用，金属材料将产生缓慢而连续的塑性变形，即蠕变现象；（2）高温短时载荷作用下，金属塑性增加。长时载荷作用下，由于产生永久性塑性变形（蠕变变形），塑性将显著降低，往往

2、呈脆性断裂；（3）高温下金属断裂方式由常温的穿晶断裂逐渐过渡到沿晶断裂，临界温度称为“等强温度”。温度对断裂路径的影响TE等强温度3二、材料在高温长时载荷作用下的力学行为1、产生缓慢而连续的的塑性变形——蠕变变形；2、塑性↓，缺口敏感性↑，一般脆性断裂；高温定义：约比温度T/Tm>0.5。T—试验温度（K）Tm－金属熔点（K）金属及陶瓷的蠕变现象4在讨论金属高温力学性能时，通常使用试验温度T与金属熔点Tm的比值T/Tm（称“约比温度”），T/Tm＞0.5时为高温，T/Tm＜0.5时为低温。金属的再结晶温度在0.4~0.5Tm，也就是说使用温度超过再结晶温度即可认为高温。5§

3、8－1金属的蠕变一、蠕变现象：金属在长时间的恒温、恒载荷作用下缓慢产生的塑性变形。2、产生条件：约比温度T/Tm>0.3。热力学温度T—试验温度Tm—熔点温度1、蠕变曲线：减速蠕变→稳态蠕变→加速蠕变6水平提高：蠕变各阶段的本质。蠕变将产生应变硬化，使位错开动的阻力逐渐增大，因此第一阶段蠕变速率逐渐降低。应变硬化发展到一定程度，在温度作用下将发生回复现象，使金属不断软化。最终，当应变硬化和动态回复平衡时，蠕变速率为一常数，蠕变进入恒速蠕变阶段。73、应力松弛材料在恒变形的条件下，随着时间的延长，弹性应力逐渐降低的现象称为应力松弛。应力松弛现象应力松弛曲线初始应力σ0松弛应力

4、σs0剩余应力σsh提示：剩余应力值高，说明材料有较好的松弛稳定性。8二、蠕变变形机理1、位错滑动位错激活方式：刃型位错攀移、螺型交滑移、位错环分解合并等。攀移过程示意图空位92、扩散蠕变（晶内）CD处受压应力，空位浓度低。AB处受拉应力，空位浓度高。空位扩散原子扩散物质迁移的过程→变形103、晶界滑动高温状态下晶界上原子容易扩散，受力后晶界易滑动，对蠕变产生贡献。晶界滑动蠕变占总蠕变量的比例为10％左右；晶粒越小，滑动对蠕变的贡献越大。总结：1、蠕变第一阶段和第三阶段变形易滑移为主；2、蠕变第二阶段除滑移外还有原子扩散贡献；11三、蠕变断裂机理1、晶界楔形裂纹模型蠕变温度

5、下，恒载荷使位于最大切应力方向的晶界滑动，在三晶粒交界处形成应力集中。应力集中若不能被晶粒的塑性变形或晶界的迁移所松弛，当其达到晶界的结合强度时，在三晶粒交界处发生开裂，形成楔形裂纹。122、晶界空洞裂纹模型晶界滑动与晶内滑移带交割形成空洞；晶界滑动与第二相质点作用形成空洞；133、断口特征蠕变断裂主要发生在晶界上，其断口宏观特征表现为：①断口附近产生塑性变形，并有很多裂纹；②断口表面有一层氧化膜。断口的微观特征主要表现为冰糖状断裂形貌。14§8－2金属高温力学性能一、蠕变极限：1、含义：材料在高温恒载作用下对塑性变形的抗力2、表示方法（1）规定温度下，使试样产生规定稳态蠕

6、变速率的最大应力。（2）规定温度，规定时间，使试样产生规定总伸长率的最大应力。15举例：蠕变极限举例1、2、163、蠕变极限测定（1）在同一温度下，不同应力水平下进行蠕变试验，获得不同应力条件下的稳态蠕变速度（）；（2）在双对数坐标中绘制应力—稳态蠕变速率曲线(σ—曲线)；（3）用图解外推法获得规定较小蠕变速率下的蠕变极限；17二、持久强度极限1、持久强度：材料在一定的温度下和规定的时间内，不发生蠕变断裂的最大应力。2、表示方法：举例：183、持久强度的应用某些在高温下工作的机件，不考虑变形量的大小，只要求机件在使用期内不发生断裂。4、持久强度测量：高温拉伸持久试验→外推法

7、19三、剩余应力金属在长时间高温载荷作用下会产生蠕变，原来的弹性变形逐渐转变为塑性变形，使工作应力逐渐降低，这种现象称为应力松弛。工作应力在松弛过程中任一时间所保持的应力称为剩余应力，以σr。初始工作应力与剩余应力之差称为松弛应力，以σre表示。20四、提高蠕变极限和持久强度的主要途径1、增大位错移动和晶界滑移的阻力（1）在等强温度TE以下、应变速率较大时，金属蠕变变形以滑移为主，这时对金属对变形和强化因素的考虑与室温时相同。（2）在TE以上、应变速率较小时，金属蠕变变形以原子扩散为主。从扩散蠕变考虑，应该选择高熔