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第七章 材料的高温性能 温度对材料力学性能的影响 温度和时间对断裂形式的影响 第一节 高温蠕变性能 第二节 其他高温力学性能 弥散相能强烈阻碍位错的滑移与攀移； 能增加晶界扩散激活能的添加元素(如硼及稀土)， 则既能阻碍晶界滑动，又增大晶界裂纹的表面能。 面心立方结构的材料比体心立方结构的高温强度大。 （二）冶炼工艺的影响 降低夹杂物和冶金缺陷的含量； 通过定向凝固工艺，减少横向晶界，提高持久强度，因为在横向晶界上容易产生裂纹。 （三）热处理工艺的影响 珠光体耐热钢一般采用正火加高温回火工艺。回火温度应高于使用温度100~150℃以上，以提高其在使用温度下的组织稳定性。 奥氏体耐热钢或合金一般进行固溶处理和时效，使之得到适当的晶粒度，并改善强化相的分布状态。 采用形变热处理改变晶界形状(形成锯齿状)，并在晶内形成多边化的亚晶界，则可使合金进一步强化。 （四）晶粒度的影响 晶粒大小：当使用温度低于等强温度时，细晶粒钢有较高的强度；当使用温度高于等强温度时，粗晶粒钢及合金有较高的蠕变抗力与持久强度。但是晶粒太大会使持久塑性和冲击韧性降低。 晶粒度不均匀：在大小晶粒交界处出现应力集中， 裂纹就易于在此产生而引起过早的断裂。 例：镍基超合金（superalloy ) 1）镍基超合金自1941年在英国研制成功后，经过几十年的改进，现已发展成100多种合金系 2）镍基超合金制作的燃气轮机叶片的工作温度由750℃提高到850℃，在870℃经10000小时的断裂应力从35MPa提高到210MPa以上（工艺上采取措施） 3）镍基超合金是以镍为基体加入少量的Al、Ti、Co、Cr、Mo等合金元素 实现高温强化的原因 1）固溶强化：加入的合金元素Co、Cr、Mo等是降低镍的层错能元素，使得扩展位错加宽,不易交滑移也不易攀移 2）弥散强化 ：加入Al、Ti形成尺寸很小但又十分稳定的，即不易溶解和长大的第二相（Ni3Al、Ni3Ti） 3）工艺措施：镍基超合金燃汽轮机叶片已采用定向凝固的办法制成定向生长的多晶体甚至单晶体，限制了原子在晶界附近的扩散和定向流动，使蠕变速率大为减低 第二节 高温疲劳性能 高于再结晶温度所发生的疲劳叫做高温疲劳 1.高温疲劳试验 高温疲劳试验通常采用控制应力和控制应变两种加载方式。 在最大拉应力下保持一定的时间，简称为保时，或在保时过程中叠加高频波以模拟实际使用条件。 1) 控制应变加载方式 控制应变加载 (a1)，(b1)，(c1)，(d)为控制应变无保时加载的记录曲线； (a2)，(b2)，(c2)，(d)为控制应变有保时加载的记录曲线 图中Δσ表示保时过程中松弛的应力，Δεc是松弛过程中产生的非弹性应变。 由上两式得 在控制应变条件下，疲劳寿命常以循环进入稳定时的应力下降5%定义(或10%)，即图中的f点。 滞后回线随循环周次的变化 * 约比温度 高温 材料在高温下将发生蠕变现象（材料在恒定应力的持续作用下不断地发生变形）； 材料在高温下的强度与载荷作用的时间有关，载荷作用时间越长，引起变形的抗力越小； 材料在高温下不仅强度降低，而且塑性也降低。应变速率越低，作用时间越长，塑性降低越显著，甚至出现脆性断裂； 与蠕变现象相伴随的还有高温应力松弛（恒定应变下，材料内部的应力随时间降低的现象）； 温度升高时，晶粒强度和晶界强度都要降低， 但由于晶界上原子排列不规则，扩散容易通过晶界 进行，因此，晶界强度下降较快。 晶粒与晶界两者强度相等的温度称为“等强温度”TE。 当材料在TE以上工作时，材料的断裂方式由常见的穿晶断裂过渡到晶间断裂。 材料的TE不是固定不变的，变形速率对它有较大影响。因晶界强度对形变速率敏感性要比晶粒大 得多，因此TE随变形速度的增加而升高。 在高温下，陶瓷材料的塑性有所改善，会产生一定的塑性变形。 高分子材料的力学性能随着温度的变化有明显的改变，呈现出不同的力学状态，并具有显著的粘弹性行为。 对材料的高温力学性能，需要研究温度、应力、应变与时间的关系，建立评定材料高温力学性能的指标，分析其在高温长时荷载作用下变形和断裂的机理，提出提高材料高温力学性能的途径。 蠕变（Creep）：材料在长时间的恒温、恒载荷作用下，即使应力小于屈服强度，也会缓慢地产生塑性变形的现象。 由于蠕变变形而导致材料的断裂称为蠕变断裂 材料的蠕变可在任何温度范围内发生，不过高温时，变形速度高，蠕变现象更明显。陶瓷材料在室温一般不考虑蠕变；高分子材料在室温下就能发生蠕变。 蠕变的一般规律-蠕变曲线 式中 为蠕变速率，σ为应力，T为绝对温度，t为时间，ε为蠕变变形量，m1和m2为与晶体结构特性和组织因素有关的参量。 稳态(恒速)蠕变阶段 过渡(减速)蠕变阶段 式中A、n皆为常数，且0n≤1。 失稳(加速)