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1、,第七章 金属高温力学性能,高温长期载荷作用下,1、产生蠕变现象,2、时间延长,强度下降,0.5,tE:等强温度,K,第一节 金属的蠕变现象,一、蠕变,材料在长时间的恒温、恒载作用下，缓慢地发生塑性变形的现象。,由蠕变变形导致的材料的断裂，称为蠕变断裂。,二、蠕变曲线,蠕变速率,=d/d,蠕变三个阶段：,第一阶段：减速蠕变阶段,第二阶段：恒速蠕变阶段（稳态蠕变阶段）,第三阶段：加速蠕变阶段,影响材料蠕变过程的两个最主要参数,温度t和应力,温度t或应力小,第二阶段很长,蠕变过程减慢,第三阶段甚至可以不出现,温度t或应力大,第二阶段较短,很快地由第一阶段过渡到第三阶段,第二节 蠕变变形与断裂机理,
2、一、 蠕变变形机理,位错滑移,原子扩散,（一）位错滑移蠕变,高温下，位错借助热激活和空位扩散来克服障碍,温度较低 (0.5,晶界滑动：,高温和应力的作用下,，沿晶界产生的剪切运动。,二、蠕变断裂机理,1、裂纹萌生,（1）在三晶粒交会处萌生楔形裂纹（高应力，低温度）,晶界滑动，造成应力集中，形成空洞，空洞相互连接形成楔形裂纹。,楔形裂纹形成示意图,（2）在晶界上由空洞汇聚形成裂纹（低应力、高温度）,晶界滑动产生的空洞；空洞长大，汇聚形成裂纹。,晶界滑动与晶内滑移,晶界上形成空洞示意图,2、裂纹扩展,3、断裂,断口宏观特征：变形区域有很多裂纹（龟裂）；高温氧化。,晶界滑动、空位扩散、空洞长大,连接
3、,微观特征：沿晶断裂,8-3 高温力学性能及其影响因素,一、蠕变极限,两种表示方法：,1）,%/h,2）,500，10万h，总蠕变变形=1%的蠕变极限,选用哪种表示方法，根据服役工况来确定。,高温长期载荷下的塑性变形抗力.,时的蠕变极限。,“测定蠕变强度的装置和方法”（P166）,短时蠕变试验所测定的蠕变极限,推测,长时蠕变所确定的蠕变极限,实验时必须注意：,(1)至少用四个不同应力进行蠕变试验，试验时间必须到达蠕变第二阶段，所选的最高应力和最低应力所产生的蠕变速率要相差一个数量级。,(2)外推法求出的蠕变极限，其蠕变速率只能比试验点的数据低一个数量级。,二、持久强度极限,在规定温度（T），达
4、到规定的时间（）不发生断裂的应力值。,指：在700，103h时的持久强度极限为89MPa。,通过高温拉伸持久试验测定,由于时间长，一般是作lglg曲线，用外推法计算持久强度值,如12Cr1MoV钢在580，十万小时,实验时用外推法必须注意：,1、找出拐点,2、外推时间不超过一个数量级,持久塑性：高温持久试样断裂后的伸长率及断面收缩率。,三、剩余应力,应力松驰：零件总应变保持不变，但其中的应力随时间自行降低的现象。,应力松驰曲线：,变形量衡定，加载的应力随时间延长而降低的曲线。,任一时间，试样上所保持的应力称为剩余应力r。,初始应力与剩余应力之差，称为松驰应力re。,松驰稳定性：材料抵抗应力松驰
5、的性能,应力松驰曲线,四、影响高温力学性能的因素,1、化学成分,1)材质:熔点高，自扩散激活能高，层错能低的金属或合金。,晶界扩散激活能(B、RE),弥散第二相强化（Ni3Al）,2)加入合金元素:,固溶强化（Cr、Mo、W、Nb）,结合力,扩散激活能,层错能（Mo、W）,2、提高冶炼质量,1）低熔点夹杂物,S(119)、P(44.1)、As(818)、Sn(231.9)、Pb(327.4),百万分之一（ppm）400 ppm,Pb：5ppm2ppm 一倍,真空熔炼,加入合金元素:Be、Mg、Ca、RE,2）定向凝固,Ni基合金 4-5倍,3、热处理工艺的影响,合适的热处理保证组织稳定性,珠光
6、体耐热钢：高温回火,奥氏体耐热钢：高温固溶处理和时效,形变热处理,4、晶粒度的影响,ttE：粗晶强化,t tE：细晶强化,8-4 其他高温力学性能,一、高温短时拉伸性能（火箭、导弹发射） 瞬时高温强度；热塑性；蠕变不起决定作用时。,二、高温硬度工具材料（红硬性），高温轴承。测高温硬度的压头。,高温力学性能与室温力学性能的对比,性能特点：,形成复杂、网状的第二相,高 温 室 温,b=f(t, ),b=C,蠕变，应力松驰,变形机制：,滑移、扩散,晶内滑移和孪晶,晶界起主要作用,晶界起阻碍作用,提高力学性能：,增大晶格阻力,提高位错密度,减少晶界面积,提高扩散时的热激活能,固溶强化,细化晶粒,第二相,
