1、.1 應力腐蝕 腐蝕 腐蝕疲勞 氫脆 蠕變 .2應力腐蝕v0應力腐蝕現象v1應力腐蝕定義v2應力腐蝕特征v3應力腐蝕的影響因素v4應力腐蝕的防止措施v5應力腐蝕抗力指標及測試方法.30應力腐蝕現象第一次世界大戰期間，用H70經過深沖成型的黃銅彈殼，在戰場上出現大量破裂現象。經研究表明，經沖壓加工的黃銅彈殼內存在殘余應力。在戰場含氨氣或二硫化按等介質，產生應力腐蝕破裂或季節裂紋。這個問題通過240-260退火，消除殘余應力來解決。.40.應力腐蝕現象SCC在石油、化工、航空、原子能行業中都受到廣泛重視，如發動機廠中的汽輪機葉片、鋼結構橋梁、輸氣輸油管道、飛機零部件。1967年12月，美國西弗吉尼

2、亞州和俄亥俄州之間的俄亥俄大橋突然倒塌，死46人。事故調查結果就是因為應力+大氣中微H2S導致鋼梁產生應力腐蝕所致。.51應力腐蝕定義應力腐蝕破壞：機器零件受腐蝕介質和靜應力聯合作用而失效的現象。應力腐蝕斷裂（stress corrosion cracking）：（SCC）金屬在應力和特定化學介質共同作用下，經過一段時間后所產生低應力脆斷現象。應力腐蝕開裂是危害性最大的局部腐蝕之一，在腐蝕過程中，若有微裂紋形成，其擴展速度比其他類型的局部腐蝕要快幾個數量級。.61應力腐蝕定義.71應力腐蝕定義危害：緩和的介質+較小的應力1.導致應力腐蝕破壞的介質為不腐蝕或輕微腐蝕。2.導致應力腐蝕破壞的應力為

3、極小應力發生應力腐蝕的溫度一般在50-300.81應力腐蝕定義.92應力腐蝕特征在拉應力作用下，金屬零件在不同腐蝕介質中產生的應力腐蝕開裂和擴展有以下共同的特征： （1）拉應力是產生應力腐蝕開裂的必要條件。 （2）純金屬一般不發生應力腐蝕。（3）僅在一定的合金與介質系統中才能發生應力腐蝕現象。 （4）應力腐蝕是一種延遲斷裂。（5）破壞一般是脆性的。沒有明顯的塑性變形。.102應力腐蝕特征斷口形貌特征：應力腐蝕裂紋多起源于表面蝕坑處，而裂紋傳播途徑垂直于拉力軸。應力腐蝕斷口，其顏色灰暗，表面常有腐蝕產物（泥狀花樣），或腐蝕坑。而疲勞斷口的表面，如果是新鮮斷口常常較光滑，有光澤。.113應力腐蝕的

4、影響因素.123應力腐蝕的影響因素.134應力腐蝕的防治措施4.1降低設計應力使最大有效應力或應力強度降低到臨界值以下。在常規設計中名義抗拉強度或屈服強度，并未考慮材料中存在缺陷；但在實際中必然有各種缺陷，比如原有裂紋，微裂紋以及環境因素造成的裂紋。.144應力腐蝕的防治措施4.21.結構設計中盡量降低最大有效力：比如增大曲率、關鍵部位厚度、焊接結構域采用對接。2.采用流線型設計，使結構的應力分布趨于均勻，避免過高的峰值；.154應力腐蝕的防治措施4.3降低材料對SCC敏感度采用合理的熱處理方法消除殘余應力，或改善合金的組織結構以降低對SCC的敏感度：例如采用退火處理消除內應力，高強度鋁合金時

5、效處理。.161.4應力腐蝕的防治措施4.4合理選材等其他方法1.采用高鎳的奧氏體鋼，可提高SCC的性能2.采用陰極保護可減緩或者阻止SCC.174應力腐蝕的防治措施SCC像晶間腐蝕一樣，能導致飛機結構臨界載荷破裂失效。在飛機制造中，安裝和裝配應力應該消除。材料應選擇較小SCC傾向的鋁合金。必須經過長期時效處理、延展和消除應力的鋁合金。.185應力腐蝕抗力指標及測試方法5.1應力腐蝕臨界應力場強度因子KISCC試樣在特定化學介質中不發生應力腐蝕斷裂的最大應力場強度因子，也稱為應力腐蝕門檻值。表示含有宏觀裂紋的材料在應力腐蝕條件下的斷裂韌度。一定的材料與介質，KISCC值恒定。是金屬材料的一個力

6、學性能指標。.195應力腐蝕抗力指標及測試方法對含有裂紋的金屬材料，應力腐蝕條件下的斷裂判據：當作用于裂紋尖端的初始應力強度因子：.205應力腐蝕抗力指標及測試方法5.2KISCC的測定方法（1） 采用光滑試樣數據分散；對某些材料可能會給出錯誤的判斷 ；名義應力不反映裂紋擴展的驅動力，不便于工程應用。.215應力腐蝕抗力指標及測試方法（2） 采用預制裂紋的試樣在不同初始應力強度因子KIi下，記錄到的破壞時間tf隨KIi的下降而大大增長。 最大應力強度因子KImax和門檻應力強度因子KIth（KIscc ）.225應力腐蝕抗力指標及測試方法（2） 采用預制裂紋的試樣在KIth和KImax之間的區

7、域里，滯后破壞時間tf一般是由孕育期tinc和亞臨界裂紋擴展期二者組成。 用da/dt和KI給出的裂紋擴展曲線，在典型情況下由三個區域組成。滯后斷裂示意圖亞臨界裂紋擴展速率亞臨界裂紋擴展速率da/dt表征了材料表征了材料的另一種應力腐蝕抗力。的另一種應力腐蝕抗力。 孕育期：孕育期：裂紋產生前的一段時間，主要是形成裂紋產生前的一段時間，主要是形成蝕坑（裂紋核心）的過程。蝕坑（裂紋核心）的過程。 .235應力腐蝕抗力指標及測試方法最大應力強度因子最大應力強度因子門檻應力強度因子門檻應力強度因子.245應力腐蝕抗力指標及測試方法 在在I區和區和區，擴展速率區，擴展速率da/dt與應力與應力強度因子有

8、很強的關系，但在強度因子有很強的關系，但在區，區，實際上幾乎沒有關系（但仍受溫度、實際上幾乎沒有關系（但仍受溫度、壓力和環境的影響）。壓力和環境的影響）。 .255應力腐蝕抗力指標及測試方法.26恒位移試驗：這是一種KI不斷減小的試驗方法，常用一種特殊結構的緊湊拉伸試樣，并通過螺栓自身加載。試驗開始時，用螺栓產生一初始的裂紋張開位移。當裂紋擴展而位移保持恒定時，負荷將自動下降，從而也使K值降低，當K值下降到KIth（KIscc）以下時，裂紋就會基本上停止擴展。 5應力腐蝕抗力指標及測試方法.27腐蝕疲勞 v1腐蝕疲勞定義v2腐蝕疲勞裂紋形態特征v3腐蝕疲勞的機理v4腐蝕疲勞S-N曲線v5腐蝕疲

9、勞裂紋擴展模型v6腐蝕疲勞的控制.281腐蝕疲勞定義腐蝕疲勞是：材料在腐蝕介質中承受交變荷載所產生的疲勞破壞現象。腐蝕疲勞多存在于傳遞的推進器、軸、舵、汽車彈簧、軸、礦山繩索。從失效的意義上說，腐蝕疲勞和常規疲勞相仿，同樣有工程裂紋萌生和裂紋擴展兩類失效問題。.292腐蝕疲勞裂紋形態特征腐蝕疲勞多數是由小孔腐蝕引起的，斷口起源常在孔蝕處、常呈貝殼狀，黑白交替分明，中心處是孔蝕引起的應力集中，然后是光亮的穿晶斷裂區，再就是穿晶斷裂與沿晶斷裂交替區，最后是沿晶斷裂區。.303腐蝕疲勞的機理蝕孔-應力集中理論材料在腐蝕環境中，表面形成許多小孔腐蝕。雖然蝕孔數量較多，但只有有滑移階梯、暴露出新的金屬表

10、面的稱為陽極蝕孔。點蝕形成過程使材料表面電位不等，由于電化學和引力的聯合作用，蝕點不斷向金屬深處腐蝕，產生了微裂紋。.313腐蝕疲勞的機理表面膜破壞理論在氧起主要作用的環境中，低頻疲勞時，被破壞的表面膜有足夠的時間獲得修補，不形成裂紋，因此腐蝕疲勞壽命可以很長。交變應力頻率較高時，新暴露的活性點多，修補程度小，腐蝕疲勞嚴重。.324腐蝕疲勞中的S N曲線材料的腐蝕疲勞特性除和介質有關外，還和材料成分、常規力學性能、試驗頻率以及抗腐蝕能力有關。鋼的強度愈高，其腐蝕疲勞的敏感性相對愈大。 .334腐蝕疲勞中的S N曲線在四種不同環境條件下的S-N曲線.345腐蝕疲勞裂紋擴展模型腐蝕疲勞時疲勞的一種

11、特殊形式。目前工程中常用的疲勞裂紋擴展速率函數是Pairs公式。它建立了應力強度因子和裂紋擴展速率之間的關系。.355腐蝕疲勞裂紋擴展模型工程中還有一種十分常用的是Forman模型，這是考慮了腐蝕疲勞的環境效應。其實是Pairs公式的一種修正，其形式為 .365腐蝕疲勞裂紋擴展模型在上面兩個公式的基礎上，借助于試驗數據，進行回歸分析后對模型做出了合理的修正。考慮了介質濃度、加載頻率和應力比對腐蝕疲勞裂紋擴展速率的影響，引入了環境加速因子Cenc(f,R,D)。將不同的載荷頻率、應力比、介質濃度組合作為試驗條件，對腐蝕疲勞試驗過程中記錄各種數據Cair .375腐蝕疲勞裂紋擴展模型經過七點增量遞

12、增多項式擬合進行回歸處理，得到不同試驗條件下的疲勞裂紋擴展速率方程。然后引入環境加速因子Cenc。腐蝕疲勞裂紋擴展速率公式可以表示為：.386腐蝕疲勞的控制1.提高材料表面光潔度，鍍鋅鋼絲在海水中的疲勞壽命得到顯著延長2.使用緩蝕劑3.陰極保護，廣泛用于海洋金屬結構物腐蝕疲勞保護4.表面處理，通過氣滲、噴丸和高強度淬火等硬化處理，在材料表面形成壓應力層。 .391938年，英國發生了一起飛機失事的空難事故，造成機毀人亡。調查發現，飛機發動機主軸斷成兩截，經過進一步檢查，發現在主軸內部有大量像人的頭發絲那么細的裂紋。大量“裂紋”是怎么產生的呢？要怎么才能防止這種裂紋造成的斷裂現象呢？當時正在謝菲

13、爾德大學研究部工作的中國學者李薰通過大量研究工作，在世界上首次提出的“發裂”是由于鋼在冶煉過程中混進的氫原子引起的。.40氫脆 v1氫脆定義v2氫脆分類v3氫脆破壞特點v4氫脆與應力腐蝕的關系v5氫脆的防治措施.411氫脆定義氫脆（hydrogen embrittlement）是由于氫和應力的共同作用而導致金屬材料產生塑性下降、斷裂或損傷的現象。從力學性能來看，氫脆有以下表現：氫對金屬材料的強度影響不大，但使斷面收縮率嚴重下降，疲勞壽命明顯縮短，沖擊韌性值顯著降低，在低于斷裂強度的拉伸應力作用下，材料經過一段時間后會突然脆斷。 .421氫脆定義在近代工業發展中，大量實踐證明，幾乎所有金屬材料都

14、有不同程度的氫脆傾向。氫又是石油化工業中的重要原料和工作介質，鋼材長期和氫接觸，不但可能變脆，而且在較高溫度下可能被氫腐蝕。如煉油過程中的一些加氫反應裝置 .432氫脆分類按照氫的來源可將氫脆分為內部氫脆和環境氫脆。（1）內部氫脆：材料在使用前內部已含有足夠的氫并導致脆性，它可以是材料在冶煉、熱加工、熱處理、焊接、電鍍、酸洗等制造過程中產生的 .442氫脆分類電鍍中常出現氫脆嚴格控制電鍍工藝，鍍后通過對電鍍件長時間烘烤，使游離狀的氫得以釋放，減輕對鍍件產品的影響。 .452氫脆分類環境氫脆材料原先不含氫或含氫極微，但在有氫的環境與介質中產生氫脆。這樣的環境通常包括：1）在純氫氣中（有少量水分）

15、由分子氫造成氫脆2）由氫化物，如HF致脆3）由H2S致脆4）高強鋼在中性水或潮濕的大氣中致脆 .463氫脆斷裂特征氫蝕氫與金屬中的第二相作用生成高壓氣體，使基體金屬晶界結合力減弱而導致金屬脆化。這種氫脆現象的斷裂源產生在工件與高溫、高壓氫氣相接觸的部位。宏觀斷口形貌：呈氧化色，顆粒狀；微觀：晶界明顯加寬，呈沿晶斷裂。 .473氫脆斷裂特征酸洗及電鍍過程中氫進入鋼中后常沿晶界處聚集，導致晶界脆化，形成沿晶斷裂。 .483氫脆斷裂特征白點（發裂）在重軌鋼及大截面鍛件中易出現這類氫脆。鋼在冷凝過程中溶解度降低而析出大量氫分子，在鍛造或軋制過程中來不及逸散出去，便聚集在某些缺陷處而形成氫分子。氫體積發

16、生急劇膨脹，內壓力增大，足以將金屬局部撕裂，而形成裂紋。 .493氫脆斷裂特征在縱向斷面上，裂紋呈現近似圓形或橢圓形的銀白色斑點，故稱為白點；在橫斷面宏觀磨片上，腐蝕后則呈現為毛細裂紋，故稱為發裂 .504氫脆與應力腐蝕的關系都是由于應力和化學介質共同作用而產生的斷裂現象。聯系：產生應力腐蝕時總伴隨著有氫的析出，而析出的氫又易于形成氫脆。區別：應力腐蝕為陽極溶解的過程，氫脆為陰極吸氫的過程 .515氫脆的防止措施氫脆一經產生，就消除不了。 .525氫脆的防止措施 .535氫脆的防止措施 .54蠕變v1.蠕變現象蠕變現象v2.蠕變的定義蠕變的定義v3.蠕變機理蠕變機理v4.影響蠕變因素及如何控制

17、影響蠕變因素及如何控制v5.蠕變實驗蠕變實驗.55.56 1.蠕變現象蠕變現象 .57v在高溫蒸汽鍋爐、汽輪機、燃料輪機、柴油機、航空發動機以及化工煉油設備中，很多機件長期在高溫條件下服役。v對這類機件材料，僅考慮常溫時靜載下力學性能是不夠的。v在高溫下載荷持續時間對力學性能有很大影響。.58例如，蒸汽鍋爐及化工設備中的高溫高壓管道，雖曾受應力小于該溫度下材料的屈服強度，但在長期使用中會產生緩慢而連續的屈服變形（即蠕變現象），使管徑逐漸增大。 如設計、選材不當或使用中疏忽，將導致管道破裂.592.蠕變的定義蠕變的定義 蠕變（creep）（緩慢變形） 狹義蠕變：在恒定溫度恒定拉伸載荷下，試件變形

18、隨著時間緩慢增大的現象。 .60廣義蠕變：在固體收到恒定外力的作用下，變形隨著時間增加而增大的現象。我們一般所說的蠕變都是狹義蠕變。.612.1典型蠕變曲線典型蠕變曲線蠕變曲線在一定溫度和應力作用下，應變與時間的關系曲線。典型蠕變曲線分為三個階段：減速蠕變、恒速蠕變和加速蠕變。.62當所加應力或溫度條件變化時(a)給定溫度給定溫度,不同應力下的蠕變曲線不同應力下的蠕變曲線 (b)給定應力給定應力,不同溫度下的蠕變曲不同溫度下的蠕變曲注：這里的都是在屈服強度之上的應力.632.1.1低溫低應力作用蠕變曲線的形狀如同上圖3、4，T3、T4所示，該種蠕變稱為蠕變。其蠕變表達式為： 其中， ，為常數,

19、S是與材料有關的常數；對純金屬，S=1。 .642.1.2較高溫度或較高應力作用蠕變曲線的形狀如同上圖2，T2所示(彈性形變階段)起始段，在外力作用下，發生瞬時彈性形變，即應力和應變同步。.65減速蠕變（ab段）：該段的蠕變又稱蠕變 穩態蠕變（bc段）：該段的蠕變又稱蠕變 2.1.2較高溫度或較高應力作用.66加速蠕變（cd段）：該段的蠕變又稱蠕變目前尚無一致公認的表達式。將蠕變與蠕變相疊加，則得到這兩個階段導致的總的蠕變應變表達式： = 0+ t1/3 + t2.1.2較高溫度或較高應力作用.67蠕變曲線的形狀如同上圖1，T1所示。可以看到，曲線的第一階段和第二階段已經變得難以辨認。它是一個

20、多因素共同作用的結果，這使得對該情況下的研究也變得更為復雜。2.1.3很高溫度或很高應力作用.682.2蠕變與塑性變形蠕變與塑性變形蠕變與塑性變形的不同之處：v塑性變形通常在應力超過彈性極限后才會出現。v而蠕變只有應力的作用時間相當長，它在應力小于彈性極限時也能出現。.692.3蠕變與應力松弛v金屬在長時高溫載荷作用下會產生蠕變，這對高溫下工作并依靠原始彈性變形獲得工作應力的機件，這可能隨時間延長，從彈性變形不斷轉變為塑性變形，使工作應力逐漸降低，以至失效。v如：高溫管道法蘭接頭的緊固螺栓，用壓緊配合固定于軸上的汽輪機葉輪。.70v應力松弛現象：這種在規定溫度和初始壓力條件下，金屬材料中應力隨

21、時間增加而減少的現象稱為應力松弛，可看做應力不斷降低條件下的蠕變過程v因此，蠕變與應力松弛是既有區別又有聯系的。.712.4發生蠕變的溫度發生蠕變的溫度不同的材料出現明顯的蠕變溫度不同,其中:碳素鋼: TC300500合金鋼: TC350400低熔點金屬如鉛、錫等在室溫就出現蠕變.722.4發生蠕變的溫度發生蠕變的溫度高熔點的陶瓷材料，如Si3N4在1100以上也不發生明顯蠕變高聚物在室溫以下就發生蠕變不同材料的蠕變溫度與其熔點有關，一般大約為熔點的0.3-0.7左右.733.蠕變機理蠕變機理3.1蠕變變形機理3.2蠕變斷裂機理.743.1蠕變變形機理v蠕變變形機理蠕變變形機理金屬蠕變變形主要

22、是通過位錯滑移、原子擴散及晶界滑動等機理進行的，且隨溫度及應力的變化而有所不同。3.1.1 3.1.1 位錯滑移蠕變位錯滑移蠕變3.1.2 3.1.2 擴散蠕變擴散蠕變3.1.3 3.1.3 晶界滑動晶界滑動.753.1.1位錯滑移蠕變位錯滑移蠕變v在蠕變過程中，位錯滑移仍然是一種重要的變形機理。v在常溫下，若滑移面上位錯運動受阻產生塞積，滑移便不能繼續進行。需更大切應力作用才能使位錯重新運動和增殖。v在高溫下，位錯可借助外界提供的熱激活能熱激活能和空位擴散空位擴散來克服某些短程障礙，從而使變形不斷產生。.763.1.1位錯滑移蠕變位錯滑移蠕變v位錯熱激活方式有多種，高溫下熱激活主要是刃位錯的

23、攀移。刃位錯攀移克服障礙的幾種模型.773.1.1位錯滑移蠕變位錯滑移蠕變當塞積群中某一個位錯被激活而發生攀移時，位錯源便可能再次開動而放出一個位錯，從而形成動態回復過程動態回復過程。這一過程不斷進行，蠕變得以不斷發展。.783.1.1位錯滑移蠕變位錯滑移蠕變v蠕變第一階段：蠕變第一階段：由于蠕變變形逐漸產生應變應變硬化硬化，使位錯源開動的阻力及位錯滑移阻力增大，使蠕變速率不斷降低。v蠕變第二階段：蠕變第二階段：因應變硬化發展，促進動態動態回復回復，使金屬不斷軟化軟化。當應變硬化應變硬化與回復軟回復軟化化達到平衡時，蠕變速率為一常數。 .793.1.2擴散蠕變擴散蠕變擴散蠕變：擴散蠕變：是在較

24、高溫度(約比溫度( (T TTmTm) )遠超過0.5)下的一種蠕變變形機理。它是在高溫下大量原子和空位定向移動造成的高溫下大量原子和空位定向移動造成的。在不受外力情況下，原子和空位的移動無方向性，因而宏觀上不顯示塑性變形。但當受拉應力作用時，在多晶體內產生不均產生不均勻的應力場勻的應力場。.803.1.2擴散蠕變擴散蠕變受拉應力的晶界受拉應力的晶界（如A、B晶界）空位濃度增加空位濃度增加；受壓應力的晶界受壓應力的晶界(如C、D晶界)，空位濃度較小空位濃度較小。因而，晶體內空位將從受拉晶體內空位將從受拉晶界向受壓晶界遷移，晶界向受壓晶界遷移，原子則向相反方向流動，致使晶體逐漸產生伸長的蠕變。這

25、種現象即稱為擴散蠕變擴散蠕變。.813.1.3晶界滑動晶界滑動在高溫條件下內由于晶界上的原子容易擴散，受力后晶界易產生滑動，也促進蠕變進行。但晶界滑動對蠕變的貢獻并不大，一般為10左右。晶界滑動：晶界滑動：不是獨立的蠕變機理。因為晶界滑動一定要和晶內滑移變形配合進行，否則就不能維持晶界的連續性，會導致晶界上產生裂紋。.823.2蠕變斷裂機理v金屬材料在長時高溫載荷作用下的斷裂，大多為沿晶斷裂。v一般認為，這是由于晶界滑動在晶界上形成裂紋并逐漸擴展而引起的。v實驗表明：在不同的應力與溫度條件下，晶晶界裂紋的形成方式界裂紋的形成方式有兩種： 3.2.1 3.2.1 在三晶粒交會處形成楔形裂紋。在三

26、晶粒交會處形成楔形裂紋。 3.2.2 3.2.2 在晶界上由空洞形成晶界裂紋。在晶界上由空洞形成晶界裂紋。.833.2.1三晶粒交會處形成楔形裂紋三晶粒交會處形成楔形裂紋在高應力高應力和較低溫度較低溫度下，因晶界滑動在三晶粒交會處受阻，造成應力集中形成空洞，空洞相互連接便形成楔形裂紋。.843.2.2 在晶界上由空洞形成晶界裂紋在晶界上由空洞形成晶界裂紋這是在較低應力較低應力和較高溫度較高溫度下產生的裂紋。這種裂紋出現在晶界上的突起部位和細小的第二相質點附近，由于晶界滑動而產生空洞。.853.2.2 在晶界上由空洞形成晶界裂紋在晶界上由空洞形成晶界裂紋圖a晶界滑動晶界滑動與晶內滑移帶在晶界上交

27、割晶內滑移帶在晶界上交割形成的空洞。圖b晶界上存在第二相質點時，當晶界滑動受阻而形成的空洞，空洞長大并連接，便形成裂紋。耐熱合金中晶界上形成的空洞照片。.863.2.2 在晶界上由空洞形成晶界裂紋在晶界上由空洞形成晶界裂紋以上兩種形成裂紋方式，都有空洞萌生過程。可見，晶界空洞對材料在高溫使用溫度范圍和壽命是至關重要的。裂紋形成后，進一步依靠晶界滑動、空位擴散和空洞連接而擴展，最終導致沿晶斷裂。由于蠕變斷裂主要在晶界上產生，因此，晶界的形態、晶界上的析出物和雜質偏聚、晶粒大小及晶粒度的均勻性等對蠕變斷裂均會產生很大影響。.873.2.3 蠕變斷裂斷口特征蠕變斷裂斷口特征（1）在斷口附近產生塑性變

28、形，在變形區域附近有很多裂紋，使斷裂機件表面出現龜裂現象。（2）由于高溫氧化，斷口表面往往被一層氧化膜所覆蓋。.883.2.3 蠕變斷裂斷口特征蠕變斷裂斷口特征（3）蠕變斷裂微觀特征：為冰糖狀花樣的沿晶斷裂形貌。.893. 金屬高溫力學性能指標金屬高溫力學性能指標v3.1蠕變極限蠕變極限v3.2 持久強度極限持久強度極限.903.1 蠕變極限為保證在高溫長時載荷作用下的機件不致產生過量蠕變，要求金屬材料具有一定的蠕變極限。與常溫下的屈服強度相似，蠕變極限是金屬材料在高溫長時載荷作用下的塑性變形抗力塑性變形抗力指標。蠕變極限有兩種表示方式蠕變極限有兩種表示方式: :3.1.1 3.1.1 以蠕變

29、速率確定蠕變極限3.1.2 3.1.2 以總伸長率確定蠕變極限.913 3.1.11.1以蠕變速率速率確定蠕變極限確定蠕變極限在規定溫度（規定溫度（t t）下，使試樣在規定時間內規定時間內產生的穩態蠕變速率（穩態蠕變速率（）不超過規定值的最大應力，以符號 表示。在電站鍋爐、汽輪機和燃氣輪機制造中，規定的蠕變速率大多為110-5h 或 110-4h。例如： 表示溫度為600的條件下，穩態蠕變速率=l10-5h的蠕變極限為60MPa。tMPa606001015.923.1.2以總伸長率確定蠕變極限在規定溫度（t）下和在規定試驗時間（）內，使試樣產生的蠕變總伸長率（）不超過規定值的最大應力最大應力。

30、以 表示。例如：v表示材料在500溫度下，100000 h 后總伸長率為 1的蠕變極限為100MPa。v試驗時間試驗時間及蠕變總伸長率蠕變總伸長率的具體數值是根據機件的工作條件來規定的。t/MPa10050010/%15.93以上兩種蠕變極限都要試驗到穩態蠕變階段若干時間后才能確定。這兩種蠕變極限與伸長率之間有一定的關系。例如，以（1）蠕變速率確定蠕變極限時，穩態蠕變速率為110-5h，就相當于100000h的穩態伸長率為1。這與（2）以總伸長率確定蠕變極限時100000h的總伸長率為1相比，相差很小，可認為兩者所確定的伸長率相等。.943.2持久強度極限對于高溫材料，除測定蠕變極限外，還必須

31、測定其在高溫長時載荷作用下的斷裂強度，即持持久強度極限久強度極限。持久強度極限:是在規定溫度（規定溫度（t t）下，達到規規定的持續時間（定的持續時間（）而不發生斷裂的最大應力，以 表示。t.953.2持久強度極限例如表示表示 該合金在該合金在700700、1000h1000h的持久的持久強度極限為強度極限為30MPa30MPa。試驗時，規定持續時間是以機組的設計壽命為依據的。例如，對于鍋爐、汽輪機等，機組的設計壽命為數萬以至數十萬小時，而航空噴氣發動機則為一千或幾百小時。MPa307001013.963.2持久強度極限持久強度極限：對于設計在高溫運轉過程中不考慮變形量大小，而只考慮在承受給定

32、應力下使用壽命的機件（如鍋爐道熱蒸氣管）是極其重要的性能指標。持久強度極限：持久強度極限：是通過高溫拉伸持久試驗測定高溫拉伸持久試驗測定的。試驗過程中，不需要測定試樣的伸長量，只測定在規定溫度和一定應力作用下直至斷裂的時間。.973.2持久強度極限對設計壽命為數百至數千小時的機件，其材料的持久強度極限可直接用同樣的時間進行試驗確定。但對設計壽命為數萬以至數十萬小時的機件，要進行這么長時間的試驗是比較困難的。.983.2持久強度極限因此，和蠕變試驗相似，一般作出一些應力較大、斷裂時間較短（數百或數千小時）的試驗數據。將其在坐標圖上回歸成直線，用外推法求出數萬以至數十萬小時的持久強度極限。 .99

33、3.2持久強度極限下圖為12CrlMoV鋼在580及600時的持久強度線圖。可見，試驗最長時間為一萬小時（實線），但用外推法（虛線）可得到十萬小時的持久強度極限值。如：12Cr1MoV鋼在580、100000h的持久強度極限為89MPa。.1004.影響蠕變因素及如何控制由蠕變變形和斷裂機理可知：（1）要提高蠕變極限，必須控制位錯攀移的）要提高蠕變極限，必須控制位錯攀移的速率；速率；（2）要提高持久強度極限，必須控制晶界的）要提高持久強度極限，必須控制晶界的滑動。滑動。.101v這就是說：要提高金屬材料的高溫力學性能，應控制晶內和晶界的原子擴散過晶內和晶界的原子擴散過程。v這種擴散過程主要取決

34、于：合金的化學成分化學成分、冶煉工藝冶煉工藝、熱處理工藝熱處理工藝等因素。.102（一）合金化學成分的影響v位錯越過障礙所需的激活能（蠕變激活能）越高的金屬，越難產生蠕變變形。v實驗表明：純金屬蠕變激活能大體與其自擴純金屬蠕變激活能大體與其自擴散激活能相近。散激活能相近。v因此，耐熱鋼及合金的基體材料一般選用熔點高、自擴散激活能大或層錯能低的金屬及合金。.103這是因為：在一定溫度下，熔點越高，自擴散激活能越大，其自擴散越慢。熔點相同，但晶體結構不同，則自擴散激活能越高，擴散越慢。金屬材料層錯能越低，越易產生擴展位錯，使位錯難以產生割階、滑移及攀移，這都有利于降低蠕變速率。大多數面心立方金屬，

35、其高溫強度比體心立方大多數面心立方金屬，其高溫強度比體心立方金屬高，金屬高，這是一個重要原因。.104在基體金屬中加入Cr、Mo、W、Nb等合金元素形成單相固溶體，除固溶強化外，還會使層錯能降低，易形成擴展位錯，且溶質原子與溶劑原子的結合力較強，增大了擴散激活能，從而提高蠕變極限。合金中含有能形成彌散相的合金元素，因彌散相強烈阻礙位錯的滑移，因而是提高高溫強度更有效的方法。.105（二）冶煉工藝的影響各種耐熱鋼耐熱鋼及高溫合金高溫合金對冶煉工藝的要求較高，因為鋼中的夾雜物和某些冶金缺陷會使材料的持久強度極限降低。高溫合金對雜質元素和氣體含量要求更加嚴格，常存雜質除S、P外，還有鉛、錫、砷、銻、

36、鉍等，即使其含量只有十萬分之幾，當其在晶界偏聚后，會導致晶界嚴重弱化，而使熱強性急劇降低，并增大蠕變脆性。.106（三）熱處理工藝的影響珠光體耐熱鋼：珠光體耐熱鋼：一般采用正火高溫回火正火高溫回火。正火溫度應高些，以促使碳化物充分溶入奧氏體中。回火溫度應高于使用溫度100150，以提高其在使用溫度下的組織穩定性。.107奧氏體耐熱鋼或合金：奧氏體耐熱鋼或合金：一般進行固溶處理時固溶處理時效效，得到適當的晶粒度，并改善強化相的分布狀態。有的合金在固溶處理后一次中間處理（二次固溶處理后一次中間處理（二次固溶處理或中間時效）時效固溶處理或中間時效）時效，使碳化物沿晶界呈斷續鏈狀析出，可使持久強度極限和持久伸長率進一步提高。.108（四）晶粒度的影響晶粒大小對金屬材料高溫力學性能的影響很大。（1）使用溫度 等強溫度TE 時，粗晶粒鋼粗晶粒鋼有較高的蠕變極限和持久強度極限。但晶粒太大會降低高溫下的塑韌性。.1095.蠕變實驗蠕變試驗是在專用的蠕變試驗機上進行的。試驗期間，試樣的溫度和所受的應力保持恒定。隨著試驗時間的延