第8章金屬高溫力學性能8.1金屬的蠕變現象8.2蠕變變形與蠕變斷裂機理8.3金屬高溫力學性能指標及影響因素18.1金屬的蠕變現象蠕變：材料在長時間的恒溫、恒載荷作用下緩慢地產生塑性變形的現象。由于這種高溫蠕變變形導致的斷裂，稱為蠕變斷裂。2金屬的蠕變過程可用蠕變曲線來描述。8.1金屬的蠕變現象按蠕變速率的變化，曲線可以分為三個階段：第一階段：ab減速蠕變階段，又稱過渡蠕變階段；第二階段：bc恒速蠕變階段，又稱穩態蠕變階段；第三階段：cd加速蠕變階段。3同一材料的蠕變曲線隨著溫度高低及應力的大小而有不同，見下圖：8.1金屬的蠕變現象應力較小、溫度較低時：蠕變的恒速蠕變階段持續時間長，甚至不出現加速蠕變階段；應力較大、溫度較高時：蠕變恒速蠕變階段持續時間短，甚至消失，試樣在短時間內斷裂，主要為加速蠕變。48.2蠕變變形與蠕變斷裂機理一、蠕變變形機理金屬的蠕變變形主要通過位錯滑移、原子擴散等機理進行，與溫度及應力的變化有關。（一）位錯滑移蠕變（二）擴散蠕變5（一）位錯滑移蠕變8.2蠕變變形與蠕變斷裂機理外來熱激活能有利于加強位錯的運動（滑移、攀移、交滑移等），克服短程障礙。∴材料發生塑性變形。68.2蠕變變形與蠕變斷裂機理（二）擴散蠕變

約比溫度>0.5

高溫和應力的作用下，空位、原子的定向擴散（不均勻應力場）。

∴材料產生蠕變。7承受拉應力（A、B晶界）的晶界，空位濃度減小；承受壓應力（C、D晶界）的晶界，空位濃度增加。這種晶體內空位從受拉晶界向受壓晶界遷移，原子朝相反方向運動，使得晶體伸長的蠕變，稱為擴散蠕變。8.2蠕變變形與蠕變斷裂機理8二、蠕變斷裂機理1、裂紋萌生

（1）三晶粒交會處萌生楔形裂紋（高應力，低溫度）

晶界滑動，三晶粒交會處造成應力集中，形成空洞，空洞相互連接，便形成楔形裂紋。

8.2蠕變變形與蠕變斷裂機理9（2）晶界上空洞匯聚（低應力、高溫度）

相變形成空洞，第二相質點附近，晶界滑動產生的空洞；空洞長大，匯聚形成裂紋。

8.2蠕變變形與蠕變斷裂機理108.2蠕變變形與蠕變斷裂機理2、裂紋擴展3、斷裂

沿界斷裂，高溫氧化，夾雜物。斷口宏觀特征：斷口附近產生塑性變形；變形區域有很多裂紋（龜裂）；高溫氧化。

斷口微觀特征：冰糖狀花樣的沿晶斷裂形貌。118.3高溫力學性能指標及其影響因素一、蠕變極限為了保證高溫長時載荷作用下的機件不會產生過量蠕變，要求金屬材料具有一定的蠕變極限。是材料在高溫長時載荷作用下的塑性變形抗力指標。128.3高溫力學性能指標及其影響因素(1)在規定溫度（t）下，使試樣在規定時間內產生的穩態蠕變速率不超過規定值時的最大應力。(2)在規定溫度與試驗時間內，使試樣產生的蠕變總伸長率不超過規定值的最大應力。指：在600℃，ε=1×10-5%時的蠕變極限。指：500℃，10萬小時，ε=1%的蠕變極限。138.3高溫力學性能指標及其影響因素148.3高溫力學性能指標及其影響因素二、持久強度極限定義：高溫長載荷作用下的斷裂強度，金屬材料的持久強度極限，是在規定的持續時間內不發生斷裂的最大應力。試驗時，規定試驗時間以機組的設計壽命為依據。對于設計某些在高溫工作時不考慮變形量的大小，只考慮在給定應力下使用壽命的機件，如鍋爐的過熱蒸氣管，持久強度極限是很重要的性能指標。158.3高溫力學性能指標及其影響因素16三、剩余應力金屬材料抵抗應力松弛的性能稱為松弛穩定性，可通過應力松弛試驗測定應力松弛曲線來評定。金屬的松弛曲線：指規定溫度下對試樣施加載荷，保持初始變形量恒定，測定試樣上的應力隨著時間而降低的曲線，見圖。8.3高溫力學性能指標及其影響因素應力松弛試驗中，任一時間試樣上所保持的應力，稱為剩余應力。178.3高溫力學性能指標及其影響因素對于不同金屬材料或同種材料經過不同的熱處理，在相同試驗溫度和初始應力下，經規定時間后，剩余應力越高，松弛穩定性越好。188.3高溫力學性能指標及其影響因素四、影響金屬高溫力學性能的主要因素（一）合金化學成分的影響（二）冶煉工藝的影響（三）熱處理工藝的影響（四）晶粒度的影響19高溫力學性能與室溫力學性能的對比

高溫室溫性能特點：

σb=f(t,τ)σb=C,σε=C

蠕變，應力松馳變形機制：

不會產生孿晶；滑移晶內滑移和孿晶

晶界起主要作用晶界起阻礙作用提高力學性能：

增大晶格阻力