第7章 材料的高温力学性能学.pptVIP

(2)空位聚集模型 在垂直于拉应力的晶界，当应力水平超过临界值时，通过空位聚集的方式萌生空洞。在应力作用下，空位由晶内和沿晶界继续向空洞处扩散，使空洞长大并相互连接形成裂纹。裂纹形成后，随时间的延长，裂纹不断扩展，达到临界值时，材料发生蠕变断裂。 空位聚集形成空洞示意图 三、蠕变性能指标 1.蠕变极限 蠕变极限、持久强度、松弛稳定性 1) 在给定温度下，使试样在蠕变第二阶段产生规定稳态蠕变速率的最大应力,定义为蠕变极限，记作 两种表示方法： 例如： 表示在500摄氏度的条件下，第二阶段的稳定蠕变速率等于1e-5%/h的蠕变极限为80MPa。 2) 在给定温度和时间的条件下，使试样产生规定的蠕变应变的最大应力，定义为蠕变极限，记作， 例如： 表示在500摄氏度的条件下，10000h产生1％的蠕变应变的蠕变极限为100MPa 经验公式： 正常测试材料蠕变极限方法： 在同一温度、不同应力下进行蠕变试验，测出不少于4条蠕变曲线，求出蠕变曲线第二阶段的斜率。 材料在一定的温度下和规定的时间内，不发生蠕变断裂的最大应力，记作： 例： 表示材料在600℃下工作1000h的持久强度为200MPa 经验公式： 2: 持久强度 一些高温下工作的紧固零件（如汽轮机缸盖或法兰盘上的紧固螺栓）原具有初始紧固应力σi,相应地产生弹性形变为σi/E，但经过一段时间后紧固应力不断下降，从而会产生蒸汽泄漏。在铁轨螺栓检修，橡胶带弹性等场合常遇到。 3.松弛稳定性 材料在恒变形条件下，随时间的延长，弹性应力逐渐降低的现象称为应力松弛（由蠕变引起）。 现象: 应力松弛现象是在温度和总应变量不变的情况下，由于弹性变形不断地转化为塑性变形，即逐渐发生蠕变，从而使初始应力不断下降 。应力松弛是蠕变的结果。 剩余应力σsh是评价材料应力松弛稳定性的一个指标。剩余应力愈高，其松弛稳定性愈好。 四.影响蠕变性能的主要因素 1.内部因素 （1）化学成分 一般选用熔点高、自扩散激活能大和层错能低的元素及合金。 在金属基体中加入合金元素，如果是形成固溶体，除能产生固溶强化，还因为合金元素使层错能降低，易形成扩展位错，且溶质原子与溶剂原子的结合力较强，增大了扩散激活能，从而提高了蠕变极限。如果是形成弥散相的合金元素，则由于弥散相能阻碍位错的滑移，提高高温强度。 陶瓷材料，由于是共价键或离子键结构，具有很强的方向性，滑移过程会受到很强的静电排斥力作用，因此具有较强的抗蠕变能力。 高分子材料的抗蠕变性能较弱。 （2）组织结构 金属材料采用不同的热处理工艺，可以改变组织结构，从而改变热激活的难易程度。 如珠光体耐热钢，一般采用正火加高温回火工艺，正火温度高，以促使碳化物充分而均匀地溶解在奥氏体中，回火温度应高于使用温度100-150度，以提高在使用温度下的组织稳定性。 （3）晶粒尺寸 细化晶粒在常温下可以同时提高材料强度、硬度和韧性。但在高温下，其影响不确定。 当使用温度低于等强温度时，细化晶粒可以提高钢的强度；当使用温度高于等强温度时，粗化晶粒可以提高钢的蠕变极限和持久强度。 2.外部因素 （1）应力 材料的蠕变性能和蠕变速率主要取决于应力水平，高应力水平下蠕变速率高，低应力水平下蠕变速率低。 （2）温度 材料蠕变是热激活过程，蠕变激活能和扩散激活能的相对关系，影响着蠕变机制。 二、 其他高温力学性能 1.高温短时拉伸性能 试样按常温试验要求制备，装入电炉中，两端用特制的连杆引出炉外，夹在试验机夹头上。为了准确测量试样温度，最好将热电偶的热接点用石棉绳绑在试样标距部分。加热到规定温度后，保温时间不少于15min，然后进行拉伸试验。 2.高温下材料的粘性流动性能 高分子材料随温度的变化 可处于玻璃态、高弹态、 粘流态3种状态。 3.高温硬度 4.高温疲劳性能 温度上升，疲劳强度下降 与时间有关 疲劳强度、持久强度与温度的关系 另一种形式(应力集中模型） 晶界滑动和晶内滑移在晶界形成交截，使晶界曲折。 曲折的晶界和晶界夹杂物阻碍晶界滑动，引起应力集中，导致空洞形成 。 晶界曲折和夹杂物处空洞形成示意图 材料性能学 材料表面与界面 材料表面与界面 材料性能学 材料性能学 材料性能学 材料性能学 材料性能学 材料性能学 材料性能学 材料性能学 　金属高温力学性能 第七章 本章主要内容 高温蠕变性能 其他高温力学性能 在航空航天、能源和化工等工业领域，许多机件是在高温下长期服役的（如高压蒸汽锅炉、汽轮机、发动机及化工炼油设备等），温度和高温下的持续时间对金属力学性能的影响很大。 约比温度：T/Tm T—试验温度 Tm—材料熔点 当T/Tm