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1、1孙朝阳 机械工程学院孙朝阳 机械工程学院 mbm_(123456789)材料在高温下的力学性能材料在高温下的力学性能工程材料的力学行为系列专题讲座之七工程材料的力学行为系列专题讲座之七2北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！3北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！?材料的高温性能材料的高温性能 ?金属的蠕变及其断裂金属的蠕变及其断裂 ?高温力学性能及其影响因素高温力学性能及其影响因素 ?其他高温力学性能其他高温力学性能讲座内容讲座内容4北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！北京科技大学机
2、械工程学院版权所有，请勿传播！材料的高温性能材料的高温性能航空发动机退火炉锅炉工作时 有何特点5北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！材料的高温性能材料的高温性能一、常见的高温性能1、抗氧化性2、抗生长性3、热强性材料在高温、长时间和应力的作用下，抵抗变形和断裂的能力。（包括：持久强度、蠕变强度、高温疲劳强度、高温硬度等）。6北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！二、影响高温强度的因素b= f (t，v) 1、温度温度的高低，是相对金属的熔点而言。故采用约比温度“t/tm”；另外：“弹塑性转变温
3、度”；“晶粒与晶界的等强温度”。 2、时间随加载时间延长，b，蠕变行为。 3、变形速率变形速率越大，晶粒与晶界的高强温度越低。材料的高温性能材料的高温性能7北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！?材料的高温性能材料的高温性能 ?金属的蠕变及其断裂金属的蠕变及其断裂 ?高温力学性能及其影响因素高温力学性能及其影响因素 ?其他高温力学性能其他高温力学性能讲座内容讲座内容8北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！金属的蠕变及其断裂金属的蠕变及其断裂一、蠕变1、蠕变及蠕变断裂材料（金属）在长时间的恒温、恒
4、载荷作用下缓慢地产生塑性变形的现象，叫蠕变。（注意与应力松驰的区别）由蠕变变形导致的材料的断裂，称为蠕变断裂。9北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！2、蠕变曲线（1）减速蠕变阶段，开始大，逐渐减速；（2）恒速蠕变阶段，速度几乎保持不变；（3）加速蠕变阶段，逐渐增大，最后产生断裂。 3、应力和温度对蠕变曲线的影响应力较小，或温度较低 时，第二阶段较长，第三 阶段很短；反之，第二阶 段很短，很快断裂。（图）金属的蠕变及其断裂金属的蠕变及其断裂10北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！二、蠕变机理1
5、、位错运动 外来热激活能，有利于加强位错的运动（滑移、攀移、交滑移等），克服短程障碍。 材料发生塑性变形。 蠕变第一阶段，蠕变变形而产生形变硬化，蠕变速率。也称为“减速蠕变阶段”。第二阶段：动态回复（软化），硬化与软化达到平衡，蠕变速率为一常数。金属的蠕变及其断裂金属的蠕变及其断裂11北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！2、扩散性蠕变约比温度0.5高温和应力的作用下，空位、原子的定向扩散（不均匀应力场）。 材料产生蠕变。 3、晶界滑动高温和应力的作用下，晶粒发生转动（即晶界滑动）。晶粒减小，晶界滑动对蠕变的作用越大。金属的蠕变及其断裂金属的蠕
6、变及其断裂12北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！三、蠕变断裂机理 1、裂纹萌生（1）三晶粒交会处萌生楔形裂纹（高应力，低温度） 晶界滑动，三晶粒交会处造成应力集中，形成空洞，空洞相互连接，便形成楔形裂纹。（2）晶界上空洞汇聚（低应力、高温度）相变形成空洞，第二相质点附近，晶界滑动产生的空 洞；空洞长大，汇聚形成裂纹。 2、裂纹扩展 3、断裂沿界断裂，高温氧化，夹杂物断口宏观特征：断口附近产生塑性变形；变形区域有 很多裂纹（龟裂）；高温氧化。金属的蠕变及其断裂金属的蠕变及其断裂13北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！北京科技大学机械工
7、程学院版权所有，请勿传播！?材料的高温性能材料的高温性能 ?金属的蠕变及其断裂金属的蠕变及其断裂 ?高温力学性能及其影响因素高温力学性能及其影响因素 ?其他高温力学性能其他高温力学性能讲座内容讲座内容14北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！高温力学性能及其影响因素高温力学性能及其影响因素一、蠕变极限相对指标（T、）例如：指：在600， =110-5%时的强度。或500，10万小时，=1%的强度选用哪种表示方法，根据服役工况来确定。“测定蠕变强度的装置和方法”MPa60600 1015=MPa100500 10/15=15北京科技大学机械工程学
8、院版权所有，请勿传播！北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！二、持久强度 在规定温度（T），达到规定的持续时间（）而不发生断裂的应力值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580，十万小时持久塑性试样断裂后的伸长率及断面收缩率。t MPat89=高温力学性能及其影响因素高温力学性能及其影响因素16北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！三、剩余应力 材料抵抗应力松驰的性能称为松驰稳定性。 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
9、 的应力称为剩余应力sh 初始应力与剩余应力之 差，称为松驰应力so。高温力学性能及其影响因素高温力学性能及其影响因素17北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！四、影响高温力学性能的因素 1、材料本身（材质）（1）熔点高，自扩散激活能高的金属或合金，增大晶格阻力。（2）显微组织晶粒度适当加大；结构复杂的第二相，并形成 网状骨架； 2、提高冶炼质量和采取热处理 减少低熔点夹杂物；晶内形成多边化的亚晶界 （热处理后）。高温力学性能及其影响因素高温力学性能及其影响因素18北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！北京科技大学机械工程学院版权所有，请
10、勿传播！?材料的高温性能材料的高温性能 ?金属的蠕变及其断裂金属的蠕变及其断裂 ?高温力学性能及其影响因素高温力学性能及其影响因素 ?其他高温力学性能其他高温力学性能讲座内容讲座内容19北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！其他高温力学性能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。20北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！高温力学性能与室温力学性能的对比 高 温室 温 性能特点：b=f(t, ) b=C, =C蠕变，应力松驰，蠕变与疲劳的交互作用 变形机制：不会产生孪晶；滑移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：增大晶格阻力细化晶粒减少晶界面积提高位错密度提高扩散热激活能强化（合金化、第二相）形成复杂、网状的第二相其他高温力学性能其他高温力学性能
