《金属高温力学性能》PPT课件.ppt

《《金属高温力学性能》PPT课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《金属高温力学性能》PPT课件.ppt（38页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、第八章 金属高温机械性能,历史背景：古代：悬挂的铅管自身伸长现象 1905年：菲利普斯发表关于金属丝、橡胶、玻璃在恒定拉应力作用下缓慢延伸的实验结果 1922年：狄根逊提出:在相当长时间内承受应力时，尤其是在高温下，任何材料在低于b(室温或试验温度)时也会发生破坏蠕变的研究,第一节 概述,火箭发动机、汽轮机、石油化工机械等发展 高温(T)、长期(t)一、温度对金属材料机械性能影响,1、通常金属的变形抗力随温度而：随 T,、HB；,2、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)存在回复、再结晶等软化机制；(4)存在晶界运动等形变机制。,注意：

2、金属间化合物高温强度的反常性,二、时间对金属材料力学性能的影响 高温下力学性能与载荷持续时间关系很大：例如：钢的b随载荷持续时间而。,故常温下研究时：应力应变曲线高温下研究时：应力应变+温度+时间,三、温度和时间对断裂路径的影响 温度T，载荷t，断裂由穿晶断裂过渡到沿晶断裂。原因：随温度T，晶界强度下降速度快于晶内强度的下降。*等强温度(TE)概念晶粒与晶界两者强度相等的温度，称为等强温度。TTE时，沿晶断裂。,温度和变形速率对金属断裂路径的影响,晶界强度对变形速度的敏感性比晶内强度大，所以，变形速率，TE。,a）等强温度TE b）变形速率对TE的影响,当约比温度 0.5时高温状态。当约比温度

3、 0.5时低温状态。,1 如何判断高温、低温：,不同的金属材料，在同样的约比温度下，其蠕变行为相似，力学性能的变化规律也是相同的。,四、高温下的蠕变现象与应力松弛现象,2 高温下的蠕变现象与应力松弛现象 蠕变现象：后叙应力松弛：在规定温度和初始应力条件下，金属材料中的应力随时间增加而减小的现象。,一、蠕变现象1、蠕变概念：金属在长时间的恒温、恒载荷作用下（即使 0.3时须考虑 碳钢加热T300，必须考虑蠕变。2、蠕变断裂：由蠕变而最后导致材料的断裂,第二节 金属的蠕变现象,3、蠕变曲线 oa:瞬时应变0（弹塑）abcd:随时间延长而产生的应变：蠕变,典型蠕变曲线,蠕变速度：,第一阶段：减速蠕变

4、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），加工硬化回复等软化机制，相等第三阶段：加速蠕变阶段 随t，蠕变速率，直至蠕变断裂。裂纹的形成与扩展,应力和温度对蠕变曲线的影响（1）、t，蠕变断裂时间；（2）、t，稳定蠕变阶段；,同一材料的蠕变曲线随应力、温度而变。,4321,t4t3t2t1,应力或温度升高，蠕变第二阶段缩短 蠕变过程中的矛盾：强化 加工硬化 软化 回复、再结晶及其它扩散过程,二、蠕变过程中变形与断裂机制 1、蠕变的变形机制 常温下：位错的增殖与运动产生塑性变形 位错运动受阻变形停止。高温下：外界提供热激活能，促进原子扩散 位错持续运动产生了蠕

5、变变形。,(1)位错滑移蠕变 TTm2，又称高温蠕变 变形时，T原子扩散加剧位错攀移引起动态回复（异号位错对相消，形成多边形结构）形成亚晶位错运动阻力下降进一步蠕变变形。动态回复起主要作用,异号位错的合并；同号位错的规整化形成回复亚晶，多边形化,(2)扩散蠕变 在更高温度（甚至接近于Tm时）原子扩散进一步加剧较多数量的原子(空位)直接发生迁移性扩散扩散蠕变。,2、蠕变断裂机制 主要晶界断裂宏观上为典型的脆性破坏。晶界的结构、性质，晶界析出物，与外加应力的取向等均对蠕变断裂产生重大影响。,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

6、成楔形裂纹长大引起断裂,楔形裂纹形成示意图,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）,晶界滑动形成空洞示意图a）晶界滑动与晶内滑移带交割b）晶界上存在第二相质点,一、蠕变极限 高温长期载荷作用下，材料对塑性变形的抗力指标引入蠕变极限,第三节 金属高温力学性能指标,蠕变极限的表示方法一：,在给定的温度下，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。,蠕变极限的表示方法二：,在给定温度t和

7、规定时间(小时)内，使试样产生规定蠕变变形量的最大应力。,二、持久强度极限 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）持久强度极限 高温长期载荷下对断裂的抗力（不考虑变形量）,持久强度极限 在给定温度t下，达到规定的持续时间而不发生断裂的最大应力，以MPa表示。,三、剩余应力 1、应力松弛定义 具有恒定总变形的试件中，随着时间的延长自行减低应力的现象，称为应力松弛。金属材料抵抗应力松弛的性能称为松弛稳定性。如何评价松弛稳定性?,金属应力松弛曲线,故：（1）剩余应力sh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

8、温紧固件,2、蠕变与松弛过程比较 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。,松弛的实质：可看成是一种在应力不断减少条件下的蠕变过程。故通常蠕变抗力高的材料，应力松弛抗力一般也高。,四、影响金属高温力学性能的主要因素 1、基体金属与晶体结构的影响 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金钢石型 自扩散系数大，自扩散激活能小,故：fcc的蠕变极限bcc 金钢石型的陶瓷材料具有优良的抗高温蠕变性能,例：加入Cr，Mo，W，Nb，使固溶强化；层

9、错能，扩散激活能；化学相互作用、形成短程有序等。,2、溶质元素的影响 通常溶质元素或微量杂质原子，尤其是高熔点、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,3 系出物与杂质物的影响 加入合金元素，生成弥散强化相，阻碍滑移和攀移，高温强度。须为热力学稳定的第二相 如钢中采用特殊碳化物、氮化物等 非金属夹杂物有害,4、晶粒度的影响 TTE，粗晶粒钢强度高。采用适当的晶粒度，例23级 因为晶粒太大，Ak 例如：A耐热钢取24级，且晶粒度要均匀。,高温条件下对冶金质量要求更严格。例如冶炼中：（1）杂质元素和气体含量，晶界偏聚，晶界弱化作用。采用真空感应炉、真空电弧炉等(2)定向凝固，横向晶界。例：汽轮机叶片。,(作业实验)30%，考试70%。笔记为准，重点断裂韧性，疲劳。名词解释，单选题，问答题，计算题。必须记公式：格氏，理论断裂强度、塑性尺寸，修正公式(断裂韧度半椭圆裂纹不用记)；KI，GI，J定义式、关系式；，e，e，关系式。,