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烟台大学环境与材料工程学院 材料性能学－力学性能 5 材料在不同工程环境下的力学性能 5.1 材料的高温蠕变 工程材料可能在高温、高压、微重力、辐照条件下工作。本章我们重点探讨材料在高温 下的蠕变。 由于施加应力方式的不同，可分为高温压缩蠕变、高温拉伸蠕变、高温弯曲蠕变和高温 扭转蠕变。 高温蠕变比高温强度能更有效地预示材料在高温下长期使用时的应变趋势和断裂寿命， 是材料的重要力学性能之一，它与材料的材质及结构特征有关。 材料高温力学行为的重要特点之一: 蠕变 约比温度高温 当约比温度高于 0.5 时视为高温。 约比温度=T/Tm T: 试验温度 Tm :金属的熔点 第 1 页 烟台大学环境与材料工程学院 5.1.1 概述 高温下工作的构件按时间分两类: 第一类，短时间工作的，火箭、导弹发动机、锻造。 第二类，长时间工作的，高压锅炉、航空发动机、化工冶炼设备。 蠕变及蠕变断裂 (P.184 ，第四段) 蠕变是指（金属）材料在恒定应力作用下，即使应力低于高温屈服强度，甚至低于弹性 极限，也会发生缓慢塑性变形的现象。 它是高温与应力对（金属）材料共同作用的结果。 由蠕变导致的断裂称为蠕变断裂。 5.1.2 蠕变曲线 材料的蠕变特征可以用蠕变曲线表征。 第一阶段，减速蠕变 第二阶段，恒速蠕变 第三阶段，加速蠕变 图 5-1-1 (P.185) 蠕变与时间的关系 (P.185) (5-1-1)式 第 2 页 烟台大学环境与材料工程学院 在高温或高压下，甚至没有第一或没有第一、第二阶段； 在低温或低压下，没有第三阶段；只有第一、第二阶段就断裂，这时蠕变与时间的关系 式为： ε=ε+βt +αt 0 n 应力和温度对蠕变曲线形状均有影响 5.1.3 蠕变极限 物理蠕变极限，工程上无实际意义。 条件蠕变极限，有两种表示方法： （1）规定温度 （2 ）规定温度和规定实验的时间 第 3 页 烟台大学环境与材料工程学院 条件蠕变极限之一 (P.187) （1）规定温度 500℃，600MPa 应力时，蠕变速率为 1×10-5/h 条件蠕变极限之二 (P.187) （2 ）规定温度,规定实验时间 表示在 500℃下，应力 600MPa，经过 100000 小时后使材料伸长率为 1%条件蠕变极限。 5.1.4 持久强度及持久实验 一、持久强度 条件蠕变极限表征了材料抵抗蠕变变形的抗力，但不能反映蠕变断裂的强度。 变形抗力与断裂抗力是两种不同的性能。 持久强度：高温、长时间加载条件下抵抗断裂的能力。 持久强度： 表述：材料在 700℃、1000 小时的持久强度为 300MPa ； 换言之，材料在 700℃、300MPa 应力下的持久寿命为 1000 小时。 通过持久实验可以测量持久强度和持久寿命。 二、持久实验 持久实验与蠕变实验相似，但更简单些。 蠕变实验需要在实验过程中不断测量应变或伸长量。 持久实验只要测定在规定温度和应力下的断裂时间。 蠕变测多点的应变，持久实验测断裂的时间 第 4 页 烟台大学环境与材料工程学院 外推持久强度 (书 P.188 第一段) 持久实验仅需要测量得到断裂的时间，但是对于 105 小时的长时间实验十分