金属高温力学性能课件.ppt
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1、金属高温力学性能第1页,此课件共30页哦第一节 金属的蠕变1.比温度2.蠕变曲线3.蠕变机理4.蠕变断裂机理第2页,此课件共30页哦 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的构件都是长期在高温 条件下工作的。材料的高温力学性能不同于室温。1)何谓高温?金属材料:T0.3-0.4Tm;(Tm为材料的熔点,以绝对温度K计算)陶瓷材料:T0.4-0.5Tm;高分子材料TTg(Tg为玻璃化转变温度)约比温度第3页,此课件共30页哦温度对材料力学性能的影响1.材料在高温下将发生蠕变现象(材料在恒定应力的持续作用下不断地发生变形)。2.材料在高温下的强度与载荷作用的时间有关。
2、载荷作用时间越长,引起变形的抗力越小。3.材料在高温下不仅强度降低,而且塑性也降低。应变速率越低,作用时间越长,塑性降低越显著,甚 至出现脆性断裂。4.与蠕变现象相伴随的还有高温应力松弛(恒定应变下,材料内部的应力随时间降低的现象)。第4页,此课件共30页哦温度和时间对断裂形式的影响 温度升高时,晶粒强度和晶界强度都要降低,但由于晶界上原子排列不规则,扩散容易通过晶界进行,因此,晶界强度下降较快。晶粒与晶界两者强度相等的温度称为“等强温度”TE。当材料在TE以上工作时,材料的断裂方式由常见的穿晶断裂过渡到晶间断裂。材料的TE不是固定不变的,变形速率对它有较大影响。因晶界强度对形变速率敏感性要比
3、晶粒大得多,因此TE随变形速度的增加而升高。第5页,此课件共30页哦第6页,此课件共30页哦材料的蠕变 材料在长时间的恒温、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(Creep)。由于这种变形而最后导致材料的断裂称为蠕变断裂。材料的蠕变可在任何温度范围内发生,不过高温时,变形速度高,蠕变现象更明显。陶瓷材料在室温一般不考虑蠕变;高分子材料在室温下就能发生蠕变。第7页,此课件共30页哦典型蠕变曲线第8页,此课件共30页哦蠕变曲线描述蠕变变形规律的参量主要有:应力、温度、时间、蠕变变形量和变形速率等,其关系为:式中为蠕变速率,为应力,T为绝对温度,为蠕变变形量,m1
4、和m2为与晶体结构特性(如弹性模量等)和组织因素(如晶粒度等)有关的参量。1.金属与陶瓷材料的蠕变曲线(1)ab段为蠕变第I阶段,称为减速蠕变阶段,其蠕变变形速度与时间的关系可用下式表示:式中A、n皆为常数,且0 0.5的情况下,是大量原子和空位的定向移动的结果。无外力作用下,原子和空位的移动无方向性,材料无塑性变形。有外力作用时,拉应力下的晶界产生空位,而压应力作用下的晶界空位浓度小,因此空位由拉应力 晶界向压应力晶界迁移,致使晶体产生伸长的蠕变。扩散途径:(1)空位沿晶内流动,Nabarro-herring机制;(2)沿晶界流动,Coble机制。扩散蠕变机理第13页,此课件共30页哦3.晶
5、界滑动蠕变 高温下(T/Tm 0.5),晶界上的原子易扩散,受力后发生滑动,促进蠕变;多晶陶瓷中存在大量晶界,晶界是低熔点氧化物聚集之处,易于形成玻璃相。在温度较高时,晶界粘度迅速下降。外力导致晶界粘滞性流动,发生蠕变。晶界形变在高温时很显著,甚至能占总蠕变变形量的一半,晶界的滑动是通过晶界的滑移和迁移来进行的。第14页,此课件共30页哦应力和温度对蠕变曲线的影响等温曲线(4 3 2 1)等应力曲线(T4 T3 T2 T1)应力松弛 在规定温度和初始应力条件下,金属材料的应力随时间增加而减小的现象称为应力松弛。应力松弛是应力不断降低条件下的蠕变过程。第15页,此课件共30页哦楔形空洞的形成蠕变
6、断裂机理1.楔形裂纹第16页,此课件共30页哦空位聚积形成空洞示意图空洞形成示意图2.由空洞形成晶界裂纹(较低应力和较高温度)第17页,此课件共30页哦第18页,此课件共30页哦第二节 高温力学性能指标1.蠕变极限2.持久强度极限3.剩余应力与应力松弛4.影响因素第19页,此课件共30页哦蠕变极限 为保证在高温长期载荷作用下的机件不致产生过量变形,要金属材料具有一定的蠕变极限。蠕变极限是高温长期载荷作用下材料对塑性变形抗力的指标。蠕变极限一般有两种表示方法:1)在给定温度T下,使试样产生规定蠕变速度的应力值,以符号 (MPa)表示(其中 为第II阶段蠕变速度,%/h)。例如:表示在600的条件
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