1、,第七章 金屬高溫力學(xué)性能,高溫長期載荷作用下,1、產(chǎn)生蠕變現(xiàn)象,2、時(shí)間延長,強(qiáng)度下降,s,鋼：450,320MPa；瞬斷,225MPa,300h；,115MPa,10000h,3、塑性下降,4、出現(xiàn)沿晶斷裂,tE,約比溫度,t/tm,0.5,tE:等強(qiáng)溫度,K,第一節(jié) 金屬的蠕變現(xiàn)象,一、蠕變,材料在長時(shí)間的恒溫、恒載作用下，緩慢地發(fā)生塑性變形的現(xiàn)象。,由蠕變變形導(dǎo)致的材料的斷裂，稱為蠕變斷裂。,二、蠕變曲線,蠕變速率,=d/d,蠕變?nèi)齻€(gè)階段：,第一階段：減速蠕變階段,第二階段：恒速蠕變階段（穩(wěn)態(tài)蠕變階段）,第三階段：加速蠕變階段,影響材料蠕變過程的兩個(gè)最主要參數(shù),溫度t和應(yīng)力,溫度t或應(yīng)

2、力小,第二階段很長,蠕變過程減慢,第三階段甚至可以不出現(xiàn),溫度t或應(yīng)力大,第二階段較短,很快地由第一階段過渡到第三階段,第二節(jié) 蠕變變形與斷裂機(jī)理,一、 蠕變變形機(jī)理,位錯(cuò)滑移,原子擴(kuò)散,（一）位錯(cuò)滑移蠕變,高溫下，位錯(cuò)借助熱激活和空位擴(kuò)散來克服障礙,溫度較低 (0.5 TM)應(yīng)力較高,(二)擴(kuò)散蠕變機(jī)制,高溫和應(yīng)力的作用下，空位、原子的定向擴(kuò)散（不均勻應(yīng)力場）。,約比溫度0.5,晶界滑動(dòng)：,高溫和應(yīng)力的作用下,，沿晶界產(chǎn)生的剪切運(yùn)動(dòng)。,二、蠕變斷裂機(jī)理,1、裂紋萌生,（1）在三晶粒交會(huì)處萌生楔形裂紋 （高應(yīng)力，低溫度）,晶界滑動(dòng)，造成應(yīng)力集中，形成空洞，空洞相互連接形成楔形裂紋。,楔形裂紋形

3、成示意圖,（2）在晶界上由空洞匯聚形成裂紋（低應(yīng)力、高溫度）,晶界滑動(dòng)產(chǎn)生的空洞；空洞長大，匯聚形成裂紋。,晶界滑動(dòng)與晶內(nèi)滑移,晶界上形成空洞示意圖,2、裂紋擴(kuò)展,3、斷裂,斷口宏觀特征：變形區(qū)域有很多裂紋（龜裂）；高溫氧化。,晶界滑動(dòng)、空位擴(kuò)散、空洞長大,連接,微觀特征：沿晶斷裂,8-3 高溫力學(xué)性能及其影響因素,一、蠕變極限,兩種表示方法：,1）,%/h,2）,500，10萬h，總?cè)渥冏冃?1%的蠕變極限,選用哪種表示方法，根據(jù)服役工況來確定。,高溫長期載荷下的塑性變形抗力.,時(shí)的蠕變極限。,“測定蠕變強(qiáng)度的裝置和方法”（P166）,短時(shí)蠕變試驗(yàn)所測定的蠕變極限,推測,長時(shí)蠕變所確定的蠕變

4、極限,實(shí)驗(yàn)時(shí)必須注意：,(1)至少用四個(gè)不同應(yīng)力進(jìn)行蠕變試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)間必須到達(dá)蠕變第二階段，所選的最高應(yīng)力和最低應(yīng)力所產(chǎn)生的蠕變速率要相差一個(gè)數(shù)量級。,(2)外推法求出的蠕變極限，其蠕變速率只能比試驗(yàn)點(diǎn)的數(shù)據(jù)低一個(gè)數(shù)量級。,二、持久強(qiáng)度極限,在規(guī)定溫度（T），達(dá)到規(guī)定的時(shí)間（）不發(fā)生斷裂的應(yīng)力值。,指：在700，103h時(shí)的持久強(qiáng)度極限為89MPa。,通過高溫拉伸持久試驗(yàn)測定,由于時(shí)間長，一般是作lglg曲線，用外推法計(jì)算持久強(qiáng)度值,如12Cr1MoV鋼在580，十萬小時(shí),實(shí)驗(yàn)時(shí)用外推法必須注意：,1、找出拐點(diǎn),2、外推時(shí)間不超過一個(gè)數(shù)量級,持久塑性：高溫持久試樣斷裂后的伸長率及斷面收縮率。,

5、三、剩余應(yīng)力,應(yīng)力松馳：零件總應(yīng)變保持不變，但其中的應(yīng)力隨時(shí)間自行降低的現(xiàn)象。,應(yīng)力松馳曲線：,變形量衡定，加載的應(yīng)力隨時(shí)間延長而降低的曲線。,任一時(shí)間，試樣上所保持的應(yīng)力稱為剩余應(yīng)力r。,初始應(yīng)力與剩余應(yīng)力之差，稱為松馳應(yīng)力re。,松馳穩(wěn)定性：材料抵抗應(yīng)力松馳的性能,應(yīng)力松馳曲線,四、影響高溫力學(xué)性能的因素,1、化學(xué)成分,1)材質(zhì):熔點(diǎn)高，自擴(kuò)散激活能高，層錯(cuò)能低的金屬或合金。,晶界擴(kuò)散激活能(B、RE),彌散第二相強(qiáng)化（Ni3Al）,2)加入合金元素:,固溶強(qiáng)化（Cr、Mo、W、Nb）,結(jié)合力,擴(kuò)散激活能,層錯(cuò)能（Mo、W）,2、提高冶煉質(zhì)量,1）低熔點(diǎn)夾雜物,S(119)、P(44.1)

6、、As(818)、Sn(231.9)、Pb(327.4),百萬分之一（ppm）400 ppm,Pb：5ppm2ppm 一倍,真空熔煉,加入合金元素:Be、Mg、Ca、RE,2）定向凝固,Ni基合金 4-5倍,3、熱處理工藝的影響,合適的熱處理保證組織穩(wěn)定性,珠光體耐熱鋼：高溫回火,奧氏體耐熱鋼：高溫固溶處理和時(shí)效,形變熱處理,4、晶粒度的影響,ttE：粗晶強(qiáng)化,t tE：細(xì)晶強(qiáng)化,8-4 其他高溫力學(xué)性能,一、高溫短時(shí)拉伸性能 （火箭、導(dǎo)彈發(fā)射） 瞬時(shí)高溫強(qiáng)度；熱塑性；蠕變不起決定作用時(shí)。,二、高溫硬度工具材料（紅硬性），高溫軸承。測高溫硬度的壓頭。,高溫力學(xué)性能與室溫力學(xué)性能的對比,性能特點(diǎn)：,形成復(fù)雜、網(wǎng)狀的第二相,高 溫 室 溫,b=f(t, ),b=C,蠕變