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1,第八章金属高温力学性能,8.1材料的高温性能8.2金属的蠕变及其断裂8.3高温力学性能及其影响因素8.4其他高温力学性能,2,8.1材料的高温性能,锅炉、汽轮机、发动机，飞船的外壳等，长期在高温条件下工作。故对材料的高温性能有一定或特别的要求。8.1.1常见的高温性能1抗（高温）氧化性2热强性材料在高温、长时间和应力的作用下，抵抗变形和断裂的能力。（包括持久强度、蠕变强度、高温疲劳强度、高温硬度等）,3,8.1.2影响高温强度的因素高温σbft，τ，v,1温度t温度的高低，是相对金属的熔点而言。故采用约比温度（试验温度/材料熔点）“t/tm”描述温度的“高”或“低”；另，还有“弹塑性转变温度”；“晶粒与晶界的等强温度”TE（图8-1）。2时间τ随加载时间延长，σb↓，蠕变行为。3变形速率v（该值增大相当于受载截面的应力升高）等强温度TE随变形速率v↑而↑。,Note高温（TE）时，受载材料的断裂将由穿晶→沿晶方式，a图,4,8.2金属的蠕变及其断裂,8.2.1蠕变1蠕变、蠕变断裂材料（金属）在长时间的恒温、恒载荷作用下缓慢地产生塑变的现象→蠕变。由蠕变变形导致的断裂→蠕变断裂。（VS）应力松驰在给定温度和初始应力条件下，金属材料所受应力随时间增加而减小的现象）2蠕变曲线（特点）1）减速蠕变阶段，开始大，逐渐减速；δq高温、外载作用下，产生的初始塑性变形；经过τ1时间，由δq升至δ’。2）恒速蠕变阶段τ2，速度几乎保持不变；一般所指金属蠕变速率，即指这一段的。3）加速蠕变阶段τ3，蠕变速度渐增，终→断裂。3应力和温度对蠕变曲线的影响应力较小♀或温度较低时，第二阶段较长，第三阶段很短；反之，第二阶段很短，很快断裂。（见图8-2）,5,8.2.2蠕变机理1位错运动,外来热激活能，有利于增强位错运动（滑移、攀移、交滑移等），使其克服短程障碍。∴材料发生塑性变形。蠕变第一阶段，蠕变变形而产生形变硬化，蠕变速率↓。也称为“减速蠕变阶段”。第二阶段动态回复（软化），硬化与软化达到平衡，蠕变速率为一常数。第三阶段，在位错运动、动态回复（软化）过程中，因晶粒变得越来越细，致使蠕变加速（位错运动晶粒转动，即晶界滑动），材料断裂。2扩散性蠕变当约比温度0.5，在高温和应力作用下，空位、原子的定向扩散（不均匀应力场）。∴材料产生蠕变。3晶界滑动高温和应力的作用下，晶粒发生转动（即晶界滑动）。∴当晶粒减小，晶界滑动对蠕变的作用越大。,6,8.2.3蠕变断裂机理,1裂纹萌生1）三晶粒交会处萌生楔形裂纹（高应力，低温度）原因晶界滑动，三晶粒交会处造成应力集中，形成空洞，空洞相互连接，便形成楔形裂纹。2）晶界上空洞汇聚（低应力、高温度）相变形成空洞，第二相质点附近，晶界滑动产生的空洞；空洞长大，汇聚形成裂纹。2裂纹扩展3断裂沿界断裂，高温氧化，夹杂物断口宏观特征断口附近产生塑性变形；变形区域有很多裂纹（龟裂）；高温氧化。,（高应力、低温度）,（低应力、高温度）,7,8.3高温力学性能及其影响因素8.3.1蠕变极限,相对指标（t、）例如表示在600℃，稳态蠕变速率110-5/h的强度60MPa。又如规定温度t、时间τ，蠕变总伸长δ表示500℃，10万小时，总伸长率为ε1的蠕变极限为100MPa。具体选用哪种表示方法，根据服役工况来定。“测定蠕变强度的装置和方法”,,,8,8.3.2持久强度极限,在规定温度（t），达到规定的持续时间（τ）而不发生断裂的应力值通过高温拉伸持久试验测定由于时间长，一般是作lgσ～lgτ曲线，用外推法计算持久强度值。如高温合金在700℃，1000小时的持久强度极限为30MPa持久塑性试样断裂后的伸长率及断面收缩率。,,,9,8.3.3剩余应力,材料抵抗应力松驰的性能称为松驰稳定性。应力松驰曲线Via变形量衡定，测试加载应力随时间延长而降低的曲线。任一时间，试样上所保持的应力称为剩余应力σsh初始应力与剩余应力之差，称为松驰应力。σso,10,8.3.4、影响高温力学性能的因素,1材料本身（材质）1）熔点高，自扩散激活能高的金属或合金，增大晶格阻力。2）显微组织晶粒直径适当加大；结构复杂的第二相，并形成网状骨架；2提高冶炼质量和采取热处理减少低熔点夹杂物；晶内形成多边化的亚晶界（热处理后）。,11,8.4其他高温力学性能,8.4.1高温短时拉伸性能（火箭、导弹发射）瞬时高温强度；热塑性（蠕变不起决定作用）。8.4.2高温硬度工具材料（红硬性），高温轴承。测高温硬度的压头。,12,高温力学性能与室温力学性能的对比,性能特点高温室温σbft,τσbC,σsC蠕变，应力松驰，蠕变与疲劳的交互作用变形机制不会产生孪晶；滑移、晶内滑移和孪晶晶界弱化而致滑动。晶界起阻碍作用提高力学性能增大晶格阻力细化晶粒减少晶界面积提高位错密度提高扩散时的热激活能强化（合金化、第二相）形成复杂、网状的第二相,
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