材料力学性能(7).pptVIP

* 第七章 材料在高温条件下的力学性能 工程实例分析: 蠕变：恒定载荷下，变形随时间延续而缓慢增加的不平衡过程。 发生蠕变的温度： 7.1 材料的蠕变 材料性质：金属强度/塑性均降低；陶瓷脆性改善；高分子粘弹性显著 断裂路径变化：金属穿晶→沿晶断裂，晶界比晶粒强度随温度增加衰减快。等强温度：晶粒与晶界强度相等的温度 伴随应力松弛：持续外力下，总变形值不变内部应力随时间增加而降低（因蠕变渐增弹性变形渐减） 蠕变效应： 由于蠕变发生，不能说材料在某温度下强度多少，与时间有关（机制？） 金属 T ?（0.3-0.4）Tm（材料的熔点） 陶瓷 T ? （0.4-0.5）Tm 高分子 T ? Tg （玻璃化转变温度） √ 蠕变的实质 金属/陶瓷：位错滑移/攀移 高分子： 分子链内部键长键角变化，普弹变形（量小），能立刻恢复； 分子链通过链段运动逐渐伸展，高弹形变（量大），能逐渐恢复 分子间相对滑动（分子间无化学交联的线性高聚物），粘性流动，不可恢复 切应力使位错1滑移到2 间隙原子扩散到位错/空位移出=正攀移（半原子面伸长），反之，负攀移 位错与点缺陷交互作用——固溶强化 位错与线缺陷交互作用——加工硬化 位错与面缺陷交互作用——细晶强化 位错与体缺陷交互作用——弥散强化 硬质点（体缺陷）对位错运动起阻碍作用 塑性变形增加，位错密度增加，形变抗力增加，加工硬化 位错前端存在应力集中，晶粒大，位错塞积，应力集中严重，强度低 增加位错运动难度 位错的产生 知识补充： 7.1.1 典型的蠕变曲线 oa.起始阶段：瞬时弹性变形，与时间无关； ab.蠕变减速阶段： 蠕变速率 随时间增加而降低,A、n皆为常数，且0＜n＜1 bc.稳态蠕变阶段： =常数 cd.加速蠕变阶段 ∝t，曲线变陡，d点断裂 非典型：T或σ↑，稳定阶段↓； T或σ↓，稳定阶段↑。 √ 7.1.2 蠕变机理 (1) 位错运动理论 (b）T↑,原子热运动↑，位错攀移到滑移面之外，饶过障碍物，使滑移面移位，原来不能运动的位错变的能运动，蠕变↑。 σ或T↑，受阻大的位错也能解放出来，受阻位错被解放、完成蠕变后，蠕变速率就会↓（解释了减速阶段的特点），σ或T↑，曲线上移，反之下移。 ——金属在常温、高温下的蠕变多由此阶段引起。 认为：蠕变是受阻位错解放引起 (a)位错因大的障碍物而不能运动 (2) 扩散蠕变理论 认为：蠕变和晶体中的扩散现象类似，蠕变过程是原子沿应力作用方向扩散的结果。 受拉晶界空位浓度受压晶界 空位扩散方向：受拉晶界→受压晶界； 质点扩散方向：受压晶界→受拉晶界： 结果：受拉方向伸长、形变。 (3) 晶界蠕变理论 对多晶材料而言。 晶界： 1）晶格点的畸变区，缺陷“源/阱”双层作用，→空位扩散，晶界滑移； 2）化学组成的微不均匀带——富集掺杂物、液相或微晶相→T↑η↑，外力作用下发生粘性流动； 3）内应力集中处，不同质点E/α不同造成→促使上述二过程。 →引起宏观变形→蠕变 7.1.3 影响蠕变的因素 1、T↑，位错运动↑，扩散系数↑，ε↑； 2、σ↑，ε↑； 3、显微结构 (1)气孔↑，抵抗蠕变的有效截面↓，ε↑； (2)晶粒↓，晶界%↑，晶界扩散↑，ε↑，单晶没有晶界，抗ε多晶； (3)玻璃相，T↑，玻璃相η↓，ε↑。玻璃相对晶界的润湿程度——不润湿，晶粒/晶粒，ε↓；润湿，晶/玻/晶，ε↑。 4、组成 不同组成时，键性/晶格类型不同，ε不同； 组成相同时，单独存在和组成化合物，ε不同，如氧化铝、氧化硅单独抗ε差，成莫来石，针/网状，抗ε↑。 5、晶体结构，共价键%↑，扩散、位错运动↓，抗蠕变ε↑。 7.2 蠕变极限及持久强度 7.2.1 蠕变极限 高温、长期载荷作用下，材料塑性变形的抗力指标（与常温屈服强度相似） 两种表示方法： 给定温度下，试样产生规定蠕变速率的应力值 表示温度600℃条件下，蠕变速率为1ⅹ10-5 %/h的蠕变极限是600MPa—电站锅炉/汽轮机制造常用 给定温度T下和规定时间t内，使试样产生一定蠕变伸长率?的应力值 表示600℃温度下，10万h后伸长率为1%的蠕变极限为100MPa √ 7.2.2 持久强度 高温、长期载荷作用下，抵抗断裂的能力 表示方法： 给定温度T、规定时间t发生断裂的应力值 700℃、1000h的持久强度为30MPa √ 7.3 应力松弛 ——总应变不变，应力随时间降低，可视为不断降低的“多级”蠕变 如：紧固螺栓、束物绳索、出炉瓷件 高温工作紧固零件（如：汽轮机缸盖或法兰