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材料力学性能 哈尔滨工业大学材料学院 朱景川 （1）动态回复 动态回复是在热变形过程中发生的回复，金属即使在远高于静态再结晶温度下塑性变形时一般也只发生动态回复。 （2）动态再结晶 动态再结晶是在热变形过程中发生的再结晶，与静态再结晶一样，也是通过形核和生长来完成的。它容易发生在层错能较低且有较大热变形程度的金属上。 热塑性变形机制： 晶内滑移与孪生； 晶界滑动； 扩散蠕变 热塑性变形的主要机理仍然是晶内滑移；由于晶界滑动和扩散蠕变作用的增加，再加之变形时会产生动态回复和再结晶。因此，热态下金属塑性变形能力比冷态下高，变形抗力较低。 蠕变速度： 机制一：在三晶粒交会处形成楔形裂纹 高应力，较低温度下，晶界滑动在三晶粒交汇处受阻→应力集中→形成空洞→相互连接形成楔形裂纹→长大→引起断裂 机制二：在晶界上由空洞形成晶界裂纹 较低应力，较高温度下，当晶界受垂直拉应力作用时，周围晶界或晶粒内部的空穴聚集于此晶界，形成空洞核心→空洞超过临界尺寸（r）而稳定存在→长大→引起断裂。 空洞位置：晶界上的凸起部位，细小的第二相质点附近，（晶界夹杂物） 2、蠕变极限 高温持续载荷作用下，材料塑性变形抗力指标——引入蠕变极限 蠕变极限的表示方法一： 蠕变极限的表示方法二： 3、持久强度 蠕变极限：高温长期载荷下对塑性变形的抗力（考虑了变形量） 持久强度： 高温长期载荷下对断裂的抗力（不考虑变形量） 持久强度 在给定温度T下，达到规定的持续时间τ而不发生断裂的最大应力，以MPa表示。 （1）剩余应力σsh是评定金属材料松弛稳定性的指标 ——剩余应力愈高，松弛稳定性愈好。 （2）松弛稳定性可用以评价材料在高温下的预紧能力： 高温紧固件 蠕变与应力松弛对比 蠕变：应力保持不变，塑性变形和总变形随时间延长而增大。 松弛：总应变量保持不变，随时间延长，塑性变形不断取代弹性变形，使弹性应力不断降低。 S8-4 影响高温力学性能的主要因素 1、基体材料与晶体结构 通常熔点高，自扩散激活能大，层错能低的金属，蠕变极限↑。——高温材料设计依据 自扩散系数： bccfcchcp金刚石型 ——自扩散系数大，自扩散激活能小 例： 加入Cr，Mo，W，Nb，使固溶强化； ↓层错能，↑扩散激活能； 化学相互作用、形成短程有序等。 3、第二相质点 热稳定的第二相对高温强度有利， 如高温合金中??第二相强化 4、晶粒度的影响 TTE，细晶粒钢强度高。 TTE，粗晶粒钢强度高。 采用适当的晶粒度，例2－3级 ——因为晶粒太大，δ↓，Ak↓ 例如：A耐热钢取2－4级，且晶粒度要均匀。 ——fcc的蠕变极限bcc ——金刚石型的陶瓷材料具有优良的抗高温蠕变性能 2、溶质元素的影响 置换式溶质原子作用大。 高熔点、与基体金属原子尺寸相差较大的溶质原子，可使蠕变极限提高。 又例：加入B，Re等，↑晶界扩散激活能，阻碍晶界滑动，↑晶界裂纹表面能，↑高温强度。 ——S、P、Pb、Sn、Bi、Sb为有害杂质元素 ——马氏体的固溶强化并不适用 DD402单晶合金固溶时效热处理组织 800h试车后DD402单晶叶片各部位的组织  * S7-5 疲劳裂纹扩展速率 疲劳裂纹扩展寿命的估算： Paris方程的应用 ，当m?2 ，当m=2 S7-6 材料疲劳抗力的影响因素 第七章 材料的疲劳 1.次载锻炼与过载损伤 2.表面状态 3.组织结构 4.材料性能 ，高周疲劳受应力控制 ，低周疲劳受应变控制 习题八：试分析宏观疲劳行为、疲劳裂纹扩展行为，对比说明如何基于上述行为进行疲劳寿命设计及其应用。 S8-1 高温下力学行为特点 第八章 材料高温力学性能 高温软化与时间效应 高温软化原因： ——晶格阻力下降，原子活动能力提高 (1)位错运动障碍↓； (2)位错运动方式↑：交滑移、攀移； (3)回复、再结晶等软化； (4)新的形变机制(晶界运动等)。 高温软化机制： 晶界滑动： 晶界滑移+晶界迁移=晶界扩散流变 图4-11 扩散蠕变示意 a）空位和原子的移动方向 b）晶内扩散 c）晶界扩散 扩散蠕变： 应力诱导定向扩散=晶内扩散流变 高温力学行为的典型时间效应： 高温蠕变 应力松弛 S8-2 高温蠕变及其断裂过程 1、蠕变曲线 第一阶段：减速蠕变阶段（过渡蠕变阶段） 原因：加工硬化占主体 第二阶段：恒速蠕变阶段（稳态蠕变阶段）， 加工硬