材料的力学 第十章 金属高温机械性能 NTrC 课 材料料学与工程学院王泓主编
第十章 金属高温机械性能
的而系载角,汽松,做老公,将边 是长搬在高温条伴下运转的。 1温度对金属材料帕机械性能影响很大。 性三温度和时还影响金属材的廝裂形式。 岁机件在T以上工作时,金属的为裂纹由穿晶廝裂 过到晶间裂。 NTrC 课全属村的子费质 变形遠对它寶段大的影响 材料料学与工程学院王泓主编
在高压蒸汽锅炉、汽轮机、燃气轮机、柴油机 、化工炼油设备以及航空发动机中，很多机件 是长期在高温条件下运转的。 1.温度对金属材料的机械性能影响很大。 2.温度和时间还影响金属材料的断裂形式。 当机件在TE以上工作时，金属的为裂纹由穿晶断裂 过渡到晶间断裂。 金属材料的等强温度 p200 变形速度对它有较大的影响
晶界 低变形速度 晶界 高变形速度 晶粒 晶粒 穿晶断裂晶间断裂 E E11E2 温度 温度 a) 6) K9-1等强温度示意图 a)等强温度TEb)变形速度对T的影响 材料料学与工程学院王泌主编
第一节金属的或与楼南 蠕变见录 金属:>0.3-0.47m陶宽:T>040.5m;高分子材抖77g 金属在幺时间的恒温,力作用下,即使反力小子 屈臏度,也会綴慢地产生皇性形的现录称为蠕变。 络由于这种变形而后寻效材料的断裂称茵蠕变断裂o 课 材料料学与工程学院王泓主编
金属在长时间的恒温、恒应力作用下，即使应力小于 屈服强度，也会缓慢地产生塑性变形的现象称为蠕变。 由于这种变形而最后导致材料的断裂称为蠕变断裂。 第一节 金属的蠕变与蠕变断裂 金属：T>0.3-0.4Tm ;陶瓷： T>0.4-0.5Tm； 高分子材料T>Tg 一 、 蠕变现象
可个个企属积 材料的力学 T=常数 常数 金属的蠕交过程 可用蠕变曲线采 0第一阶後二阶段 招述。 图9-2典型蠕变曲线… dt AYTEC 课安曲线上一点的栗,表示该点的蠕变速凌 蠕交过程分成三个阶殷。 材料料学与工程学院王泓主编
金属的蠕变过程 可用蠕变曲线来 描述。 蠕变曲线上任一点的斜率，表示该点的蠕变速度。 蠕变过程分成三个阶段。 dt d
茅一阶殷ab是减速蠕变阶殷。这一阶度开始的蠕玻 速度很大,藺着时间延长,蠕变遠逐淅减小,到以点 蠕变速度达刭最小绂。 学性能网 第二阶殿bC是恒速蠕变阶殿。这一阶殷舶持点是蠕 变速度瓜乎持不变,因而通劳又称趙稳态蠕变阶度 。一般所反耿舶蠕玻速庶,就是以这一阶殿舶或形遠 度E表示的。 第三阶殿c是加速蠕变阶度,厦着时间舶延长,蠕 课支述度逐游增大,直点产变断裂o 材料料学与工程学院王泓主编
第一阶段ab是减速蠕变阶段。这一阶段开始的蠕变 速度很大，随着时间延长，蠕变速度逐淅减小，到b点 蠕变速度达到最小值。 第二阶段bc是恒速蠕变阶段。这一阶段的特点是蠕 变速度几乎保持不变，因而通常又称为稳态蠕变阶段 。一般所反映的蠕变速度，就是以这一阶段的变形速 度ε表示的。 第三阶段cd是加速蠕变阶段，随着时间的延长，蠕 变速度逐渐增大，直至d点产生蠕变断裂
二蠕变过翟中变形与断裂机理 1一/蠕变变形机理 ◆蠕变变形是通过丝衍滑,丝眢攀等古式实现的 ◆在常温下,若滑移面上动受阻,产生家积现录 滑移便不能进行。 ◆在高温蠕变条件下,由子激活,就寶可能使滑面 上塞积刷丝进行攀移,形成小唐废亚晶那此即高 温回复阶殷的多边化丿,从而导敌金属村的奂化, 使滑移继续进行, NTrC 课·么或索件下动才晶那航,或意 的持点之一 材料料学与工程学院王泓主编
u 蠕变变形是通过位错滑移、位错攀移等方式实现的。 u 在常温下，若滑移面上位错运动受阻，产生塞积现象， 滑移便不能进行。 u 在高温蠕变条件下，由于热激活，就有可能使滑移面 上塞积的位错进行攀移，形成小角度亚晶界（此即高 温回复阶段的多边化），从而导致金属材料的软化， 使滑移继续进行。 u 在高温蠕变条件下，由于晶界强度降低，其变形量就 大，有时甚至占总蠕变变形量的一半，这是蠕变变形 的特点之一。 （一）蠕变变形机理 二 蠕变过程中变形与断裂机理
报据位镨望及蠕变变形方式对高温蠕变过程作苘要优嵋 蠕变第一阶度以晶内滑移和晶界肾动方式产生 变形。丝镨刚开始逗动时,障碍辍少蠕变速度 發快。随后丝逐撕塞积,镨密废逐增大, 晶搭畸变不断增加,造成形变牝。在高温下 7m虽可过单孩形成亚晶而产兰回哀我吃,但 丝者裘移的驱动力长自晶格畸变能帕降侃。在蠕 课安初期由于最格时破能餐小,所以回复费化过程 不太明星。 材料料学与工程学院王泓主编
根据位错理论及蠕变变形方式对高温蠕变过程作简要说明。 v蠕变第一阶段以晶内滑移和晶界滑动方式产生 变形。位错刚开始运动时，障碍较少，蠕变速度 较快。随后位错逐渐塞积、位错密度逐渐增大， 晶格畸变不断增加，造成形变强化。在高温下， 位错虽可通过攀移形成亚晶而产生回复软化，但 位错攀移的驱动力来自晶格畸变能的降低。在蠕 变初期由于晶格畸变能较小，所以回复软化过程 不太明显
的蠕变茅二阶度,最变形以盆衍胃移和方式妥 进行,易界玻形以滑动和迂穆方式交替进行。晶内滑 和晶界滑动使叠属化,但丝借教孩和晶那迁移则使金 属牝。由子化和软化的交替作用,当达到平衡时, 能就度蠕变速持定。 变发展到茗三阶阂,由于裂纹迅逹扩展,蛞￠速 课质命。裂放刻那人寸产兰或断象 材料料学与工程学院王泓主编
v蠕变第二阶段，晶内变形以位错滑移和攀移方式交替 进行，晶界变形以滑动和迁移方式交替进行。晶内滑移 和晶界滑动使金属强化，但位错攀移和晶界迁移则使金 属软化。由于强化和软化的交替作用，当达到平衡时， 就使蠕变速度保持恒定。 v蠕变发展到第三阶段，由于裂纹迅速扩展，蠕变速 度加快。当裂纹达到临界尺寸便产生蠕变断裂
二丿蠕变断裂机理 的支断裂主要是浴晶断裂 在裂纹成拨和扩展过程 中,晶界滑动引起的应力 c 集中与空丝的扩散起着重 学性能网络课 要作用。由于力和温度 的不同,裂纹成拨寶两种 类型。 1.裂纹成拨于三晶控交 会处,在高应力和發低温 度下,在品粒女会处由子 界滑动道成应力集中而 图95晶粒交会处因晶界滑动 产生裂纹。 产生裂纹示意图 材料料学与工程学院王泓主编
蠕变断裂主要是沿晶断裂 。在裂纹成核和扩展过程 中，晶界滑动引起的应力 集中与空位的扩散起着重 要作用。由于应力和温度 的不同，裂纹成核有两种 类型。 1．裂纹成核于三晶粒交 会处，在高应力和较低温 度下，在晶粒交会处由于 晶界滑动造成应力集中而 产生裂纹。 （二）蠕变断裂机理