FH9-材料的高温力学性能

材料性能学付华石家庄铁道大学第9章材料的高温力学性能9.1材料的高温蠕变9.2高温力学性能指标及影响因素第9章材料的高温力学性能室温：细化晶粒，加工硬化，不平衡组织（M)强化；强度与时间关系不大。§9.1材料的高温蠕变一、蠕变过程蠕变试验机（一）定义：材料在一定温度/应力下，随时间延长，塑变缓慢增加的现象。T/Tm＞0.3，蠕变明显；碳钢＞300℃,合金钢＞400℃，高温陶瓷Si3N41100℃（二）蠕变曲线1、金属陶瓷材料阶段Ⅰ--减速蠕变。阶段Ⅱ--恒速蠕变。阶段Ⅲ--加速蠕变。2、高分子材料：AB：可逆弹性形变。BC：高弹变形。CD：不可逆变形，缩颈→断裂。与金属/陶瓷不同：由弹性变形引起，可回复。不同温度和应力下的蠕变曲线应力小/温度低，第二阶段长，甚至无第三阶段；二、蠕变机理（变形/断裂）（一）蠕变变形机理：1、位错滑移机理：T≈0.5Tm，位错热激活。①阶段Ⅰ：形变硬化使位错开动阻力大→→减速蠕变②阶段Ⅱ：达到平衡→恒速。2、扩散蠕变：3、晶界滑动机理：高温+外力→→相邻晶界滑动。空位的定向扩散。陶瓷：玻璃相的粘滞流动。4、粘弹性机理：高分子材料：分子链卷曲→→高温+外力→→伸直（熵值↓）高温长期载荷下：金属→→沿晶断裂（晶间断裂），晶界强度低。（二）蠕变断裂机理：晶界的裂纹形成方式----二种模型：1.晶界滑动与应力集中模型2.空位聚集模型1.晶界滑动与应力集中模型三晶粒交会处形成楔形裂纹：晶界滑动，三晶粒交界处应力集中→→σσ晶界→→开裂→楔形空洞→→→高应力和低温度下。较低应力和较高温度下，晶界上空位聚集形成空洞。2、空位聚集模型该断裂由扩散控制→低温下空位扩散很慢，观察不到断裂的发生。高温蠕变断口形貌表面出现龟裂；高温氧化膜；冰糖花样沿晶断裂。9.2高温力学性能指标及其影响因素蠕变极限、持久强度、剩余应力等（一）蠕变极限：不允许过量蠕变变形的抗力（与σs相似）。在温度T下，产生规定稳态蠕变速率的最大应力。在给定温度T和时间t下，产生蠕变应变ε的最大应力。500℃，10万小时产生1%(AT)蠕变应变的最大应力为100Mpa。两种极限间的关系：选用：蠕变速率大，时间短：阶段Ⅰ比例大，阶段Ⅱε难测。蠕变速率小，时间长：阶段Ⅰ比例小，阶段Ⅱε易测。选用：（二）持久强度：在一定温度和规定时间内，不发生蠕变断裂的最大应力（与σb相似）。规定时间：设计寿命锅炉、汽轮机：数万、数10万（104≈105h）航空喷气发动机：几百~1000小时（102≈103h）（三）松弛稳定性（剩余应力，松弛应力）材料抵抗应力松弛的能力→→松弛稳定性。松弛应力：σSO剩余压力：σSh同条件下，σSh越高，松弛稳定性越好。四．影响蠕变性能的主要因素（自学）蠕变变形与断裂机理：a.控制位错运动b.控制晶界滑动内因：成分、组织；外因：应力、温度、环境介质。谢谢！