材料力學(xué)性能_第七章

1、第七章第七章 材料在高溫條件下的力學(xué)性能材料在高溫條件下的力學(xué)性能 材料力學(xué)性能材料力學(xué)性能 Company Logo 第七章第七章 材料在高溫條件下的力學(xué)性能材料在高溫條件下的力學(xué)性能 2 在航空航天、能源化工等工業(yè)領(lǐng)域，許多構(gòu)件是在航空航天、能源化工等工業(yè)領(lǐng)域，許多構(gòu)件是 在高溫下長期服役的在高溫下長期服役的，如發(fā)動機、鍋爐、煉油設(shè)備等，如發(fā)動機、鍋爐、煉油設(shè)備等， 它們對材料的高溫力學(xué)性能提出了很高的要求。正確它們對材料的高溫力學(xué)性能提出了很高的要求。正確 地評價材料、合理地使用材料、研究新的地評價材料、合理地使用材料、研究新的耐高溫材料耐高溫材料， 成為上述工業(yè)發(fā)展和材料科學(xué)研究的重要

2、任務(wù)之一。成為上述工業(yè)發(fā)展和材料科學(xué)研究的重要任務(wù)之一。 以航空發(fā)動機為例，以航空發(fā)動機為例，目前正朝著目前正朝著推力大、耗能低、推力大、耗能低、 推重比高和使用壽命長推重比高和使用壽命長的方向發(fā)展。這就要求的方向發(fā)展。這就要求提高壓提高壓 氣機增壓比和渦輪前的進(jìn)口溫度氣機增壓比和渦輪前的進(jìn)口溫度等措施來實現(xiàn)，需等措施來實現(xiàn)，需采采 用良好高溫性能的材料制造渦輪盤、葉片等構(gòu)件用良好高溫性能的材料制造渦輪盤、葉片等構(gòu)件。很。很 明顯，材料的明顯，材料的高溫性能高溫性能是制約上述發(fā)展的重要因素。是制約上述發(fā)展的重要因素。 Company Logo 第七章第七章 材料在高溫條件下的力學(xué)性能材料在高溫

3、條件下的力學(xué)性能 3 Company Logo 7-1 7-1 材料在高溫下力學(xué)性能的特點材料在高溫下力學(xué)性能的特點 7-2 7-2 蠕變的宏觀規(guī)律及蠕變機制蠕變的宏觀規(guī)律及蠕變機制 7-3 7-3 金屬高溫力學(xué)性能指標(biāo)金屬高溫力學(xué)性能指標(biāo) 4 第七章第七章 材料在高溫條件下的力學(xué)性能材料在高溫條件下的力學(xué)性能 7-4 7-4 影響金屬高溫力學(xué)性能的主要因素影響金屬高溫力學(xué)性能的主要因素 7-5 7-5 金屬蠕變與疲勞的交互作用金屬蠕變與疲勞的交互作用 Company Logo 5 溫度溫度對材料的力學(xué)性能影響很大，而且對材料的力學(xué)性能影響很大，而且不同材料不同材料 的力學(xué)性能隨溫度變化的規(guī)律

4、不同。的力學(xué)性能隨溫度變化的規(guī)律不同。 金屬材料：隨著金屬材料：隨著 溫度溫度 T 的升高的升高- v強度降低。強度降低。 不同溫度靜拉伸試驗發(fā)現(xiàn)，不同溫度靜拉伸試驗發(fā)現(xiàn)，隨試驗溫度升高，屈服平臺消隨試驗溫度升高，屈服平臺消 失失，而且，而且材料所能承受的最大載荷也降低材料所能承受的最大載荷也降低。 v塑性增大塑性增大 在高溫條件下，影響材料機械性能的因素增多，不僅溫度在高溫條件下，影響材料機械性能的因素增多，不僅溫度 有影響，應(yīng)變速度，斷裂所需時間也有影響。有影響，應(yīng)變速度，斷裂所需時間也有影響。 7-1 材料在高溫下力學(xué)性能的特點材料在高溫下力學(xué)性能的特點 Company Logo 6 影

5、響高溫強度的因素 b= f (t，v) 1、溫度、溫度 例如，蒸汽鍋爐及化工設(shè)備中的一些高溫高壓管例如，蒸汽鍋爐及化工設(shè)備中的一些高溫高壓管 道，雖然道，雖然所承受的應(yīng)力小于該工作溫度下材料的屈所承受的應(yīng)力小于該工作溫度下材料的屈 服強度服強度，但在長期使用過程中會產(chǎn)生緩慢而連續(xù)的但在長期使用過程中會產(chǎn)生緩慢而連續(xù)的 塑性變形（蠕變現(xiàn)象）塑性變形（蠕變現(xiàn)象），使管徑逐漸增大。，使管徑逐漸增大。 如果設(shè)計、選材不當(dāng)或使用疏忽，將導(dǎo)致管道破如果設(shè)計、選材不當(dāng)或使用疏忽，將導(dǎo)致管道破 裂。裂。 7-1 材料在高溫下力學(xué)性能的特點材料在高溫下力學(xué)性能的特點 Company Logo 7 溫度的高低，是

6、相對金屬的熔點而言。故采用溫度的高低，是相對金屬的熔點而言。故采用 約比溫度約比溫度“T/TT/Tm m” ”。 p 當(dāng)當(dāng)T/TT/Tm m 0.50.5時為時為“高高”溫；溫； p 當(dāng)當(dāng)T/TT/Tm m 0.50.5時為時為“低低”溫。溫。 對于不同的金屬材料，在同樣約比溫度下，其對于不同的金屬材料，在同樣約比溫度下，其 蠕變行為相似，因而力學(xué)性能的變化規(guī)律也相同。蠕變行為相似，因而力學(xué)性能的變化規(guī)律也相同。 7-1 材料在高溫下力學(xué)性能的特點材料在高溫下力學(xué)性能的特點 Company Logo 8 2、時間、時間 高溫下的鋼的抗拉強度也隨載荷持續(xù)時間的增長高溫下的鋼的抗拉強度也隨載荷持續(xù)

7、時間的增長 而降低。而降低。 以以20鋼為例：鋼為例： 在在450時的短時抗拉強度為時的短時抗拉強度為320MPa， 當(dāng)試樣承受當(dāng)試樣承受225MPa的應(yīng)力時，持續(xù)的應(yīng)力時，持續(xù)300h便斷裂；當(dāng)便斷裂；當(dāng) 試樣承受試樣承受115MPa的應(yīng)力時，持續(xù)的應(yīng)力時，持續(xù)10000h斷裂。斷裂。 在高溫短時載荷作用下，金屬的塑性增加；在高溫短時載荷作用下，金屬的塑性增加；在高在高 溫長時載荷作用下，塑性卻顯著降低，缺口敏感性溫長時載荷作用下，塑性卻顯著降低，缺口敏感性 增加，往往呈脆性斷裂。增加，往往呈脆性斷裂。 7-1 材料在高溫下力學(xué)性能的特點材料在高溫下力學(xué)性能的特點 Company Logo

8、9 此外，此外，溫度和時間的聯(lián)合作用溫度和時間的聯(lián)合作用還影響金屬的斷裂路徑。還影響金屬的斷裂路徑。 p 隨著試驗溫度的升高，金 屬的斷裂由常溫下常見的穿 晶斷裂過渡到沿晶斷裂。 p 原因在于溫度升高時晶粒 強度和晶界強度都要降低， 但晶界強度下降較快所致。 其中，晶粒與晶界兩者強度 相等的溫度稱為“等強溫 度”，用TE表示。 7-1 材料在高溫下力學(xué)性能的特點材料在高溫下力學(xué)性能的特點 Company Logo 10 3 3、變形速率、變形速率 變形速率越大，晶粒與晶界的高強溫度越低。變形速率越大，晶粒與晶界的高強溫度越低。 由于晶界強度對變 形速率的敏感性要 比晶粒的大得多， 因此等強溫度

9、隨變 形速率增加而升高。 7-1 材料在高溫下力學(xué)性能的特點材料在高溫下力學(xué)性能的特點 Company Logo 11 7-2 蠕變的宏觀規(guī)律及蠕變機制蠕變的宏觀規(guī)律及蠕變機制 v蠕變（蠕變（Creep） 材料在材料在長時間長時間的的恒溫恒溫、恒載荷恒載荷作用下作用下緩慢緩慢 地產(chǎn)生地產(chǎn)生塑性變形塑性變形的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。 v蠕變斷裂蠕變斷裂 由于蠕變變形而最后導(dǎo)致的材料斷裂。由于蠕變變形而最后導(dǎo)致的材料斷裂。 7.2.1 金屬蠕變的宏觀規(guī)律金屬蠕變的宏觀規(guī)律 Company Logo 12 7-2 蠕變的宏觀規(guī)律及蠕變機制蠕變的宏觀規(guī)律及蠕變機制 蠕變的溫度蠕變的溫度 v在應(yīng)力作用下，蠕變可以

10、發(fā)生在在應(yīng)力作用下，蠕變可以發(fā)生在任何溫度任何溫度。 v低溫時，蠕變效應(yīng)不明顯，可以不考慮。低溫時，蠕變效應(yīng)不明顯，可以不考慮。 vT=0.30.7Tm時，蠕變效應(yīng)比較顯著，此時需要時，蠕變效應(yīng)比較顯著，此時需要 考慮蠕變的影響。因此，考慮蠕變的影響。因此，工程上工程上把把T=0.30.7Tm 的溫度確定為明顯蠕變的溫度。的溫度確定為明顯蠕變的溫度。 v不同的材料，出現(xiàn)明顯蠕變的溫度不同。不同的材料，出現(xiàn)明顯蠕變的溫度不同。例如：例如：碳碳 素鋼超過素鋼超過350、合金鋼超過、合金鋼超過400就出現(xiàn)蠕變效就出現(xiàn)蠕變效 應(yīng)，而應(yīng)，而高熔點的陶瓷材料在高熔點的陶瓷材料在1100以上也不發(fā)生以上也不

11、發(fā)生 明顯蠕變。明顯蠕變。 Company Logo 13 7-2 蠕變的宏觀規(guī)律及蠕變機制蠕變的宏觀規(guī)律及蠕變機制 蠕變過程蠕變過程-蠕變曲線蠕變曲線 瞬時應(yīng)變瞬時應(yīng)變 蠕變速率蠕變速率 蠕變?nèi)渥?斷裂斷裂 Company Logo 14 7-2 蠕變的宏觀規(guī)律及蠕變機制蠕變的宏觀規(guī)律及蠕變機制 v第第 I 階段：階段：AB段，段，減速蠕變減速蠕變階段階段(過渡蠕變階段過渡蠕變階段)。 開始的蠕變速率很大，隨著時間的延長，蠕變速開始的蠕變速率很大，隨著時間的延長，蠕變速 率逐漸減小，到率逐漸減小，到B點，蠕變速率達(dá)到最小值；點，蠕變速率達(dá)到最小值； v第第階段：階段：BC段，段，恒速蠕變恒速

12、蠕變階段階段(穩(wěn)態(tài)蠕變階段穩(wěn)態(tài)蠕變階段)。 特點是蠕變速率幾乎不變。特點是蠕變速率幾乎不變。一般可以表示為材料一般可以表示為材料 的蠕變速率的蠕變速率。 v第第階段：階段：CD段，段，加速蠕變加速蠕變階段階段(失穩(wěn)蠕變階段失穩(wěn)蠕變階段)， 隨著時間的延長，蠕變速率逐漸增大，到隨著時間的延長，蠕變速率逐漸增大，到D點發(fā)點發(fā) 生蠕變斷裂。生蠕變斷裂。 Company Logo 15 7-2 蠕變的宏觀規(guī)律及蠕變機制蠕變的宏觀規(guī)律及蠕變機制 v不同材料在不同條件下的蠕變曲線是不同的，同一不同材料在不同條件下的蠕變曲線是不同的，同一 種材料的蠕變曲線也隨應(yīng)力和溫度的變化而不同。種材料的蠕變曲線也隨應(yīng)力

13、和溫度的變化而不同。 7.2.2 蠕變變形機理蠕變變形機理 材料在高溫下加載后，要伴隨材料在高溫下加載后，要伴隨一定量的瞬時變一定量的瞬時變 形，包括彈性變形和塑性變形形，包括彈性變形和塑性變形。在機理上，瞬時。在機理上，瞬時 變形與常溫的彈、塑性變形相似，變形與常溫的彈、塑性變形相似，彈性變形由正彈性變形由正 應(yīng)力作用產(chǎn)生，塑性變形主要由切應(yīng)力作用產(chǎn)生應(yīng)力作用產(chǎn)生，塑性變形主要由切應(yīng)力作用產(chǎn)生。 隨后產(chǎn)生的隨后產(chǎn)生的蠕變變形取決于溫度和應(yīng)力的共同作蠕變變形取決于溫度和應(yīng)力的共同作 用用，與常溫塑性變形有所不同。，與常溫塑性變形有所不同。 7-2 蠕變的宏觀規(guī)律及蠕變機制蠕變的宏觀規(guī)律及蠕變機

14、制 1）在常溫下變形時，若滑移面上位錯受阻而產(chǎn)生塞積）在常溫下變形時，若滑移面上位錯受阻而產(chǎn)生塞積 現(xiàn)象，滑移便不能繼續(xù)進(jìn)行，而使變形難以繼續(xù)進(jìn)行?，F(xiàn)象，滑移便不能繼續(xù)進(jìn)行，而使變形難以繼續(xù)進(jìn)行。 但在高溫蠕變條件下，由于但在高溫蠕變條件下，由于熱激活作用熱激活作用，可使滑移面，可使滑移面 上塞積的位錯進(jìn)行上塞積的位錯進(jìn)行攀移攀移，形成，形成小角度亞晶界小角度亞晶界（位錯多（位錯多 邊化），從而導(dǎo)致金屬材料軟化，軟化過程消除了加邊化），從而導(dǎo)致金屬材料軟化，軟化過程消除了加 工硬化作用，使滑移重新開動，變形繼續(xù)進(jìn)行。工硬化作用，使滑移重新開動，變形繼續(xù)進(jìn)行。由此，由此， 位錯滑移對蠕變有顯著貢

15、獻(xiàn)，但位錯滑移對蠕變有顯著貢獻(xiàn)，但蠕變速度則受位錯攀蠕變速度則受位錯攀 移過程所控制移過程所控制。而且，位錯滑移導(dǎo)致加工硬化，是硬。而且，位錯滑移導(dǎo)致加工硬化，是硬 化過程，而位錯攀移是軟化過程?；^程，而位錯攀移是軟化過程。 2）在常溫下晶界變形極不明顯，可忽略不計。）在常溫下晶界變形極不明顯，可忽略不計。但但在高在高 溫蠕變條件下，由于晶界強度降低，其變形量很大，溫蠕變條件下，由于晶界強度降低，其變形量很大， 有時甚至占總?cè)渥冏冃瘟康囊话胗袝r甚至占總?cè)渥冏冃瘟康囊话?，這是蠕變變形的重，這是蠕變變形的重 要特點之一。要特點之一。 7-2 蠕變的宏觀規(guī)律及蠕變機制蠕變的宏觀規(guī)律及蠕變機制 鑒于

16、蠕變變形是涉及晶體內(nèi)位錯運動、晶鑒于蠕變變形是涉及晶體內(nèi)位錯運動、晶 界變形、原子擴散等多種復(fù)雜的過程，下面分界變形、原子擴散等多種復(fù)雜的過程，下面分 別闡述相應(yīng)過程的蠕變變形機制。別闡述相應(yīng)過程的蠕變變形機制。 (1) 位錯滑移蠕變機理位錯滑移蠕變機理 在高溫下，由于溫度升高，給原子和在高溫下，由于溫度升高，給原子和 空位提供了熱激活的可能，使得位錯可以克服空位提供了熱激活的可能，使得位錯可以克服 某些障礙得以運動（某些障礙得以運動（可動性提高可動性提高），能繼續(xù)產(chǎn)），能繼續(xù)產(chǎn) 生塑性變形。位錯的熱激活方式有：生塑性變形。位錯的熱激活方式有：刃型位錯刃型位錯 的攀移、螺型位錯的交滑移、位錯環(huán)

17、的分解的攀移、螺型位錯的交滑移、位錯環(huán)的分解等。等。 7-2 蠕變的宏觀規(guī)律及蠕變機制蠕變的宏觀規(guī)律及蠕變機制 刃型位錯克服障礙的幾種模型：刃型位錯克服障礙的幾種模型： 被塞積的位被塞積的位 錯數(shù)量減少，錯數(shù)量減少， 位錯源可重位錯源可重 新開動，位新開動，位 錯得以增殖錯得以增殖 和運動，產(chǎn)和運動，產(chǎn) 生蠕變變形。生蠕變變形。 7-2 蠕變的宏觀規(guī)律及蠕變機制蠕變的宏觀規(guī)律及蠕變機制 v蠕變第蠕變第 I 階段：階段：由于由于蠕變變形逐漸產(chǎn)生的蠕變變形逐漸產(chǎn)生的形變硬化形變硬化， 使位錯源開動的阻力和位錯滑動的阻力逐漸增大，致使位錯源開動的阻力和位錯滑動的阻力逐漸增大，致 使蠕變速率不斷降低使

18、蠕變速率不斷降低，因此，因此形成了減速蠕變階段。形成了減速蠕變階段。 v蠕變第蠕變第 階段：由于階段：由于形變硬化的不斷發(fā)展，促進(jìn)了形變硬化的不斷發(fā)展，促進(jìn)了 動態(tài)回復(fù)的發(fā)生，使材料不斷軟化。當(dāng)動態(tài)回復(fù)的發(fā)生，使材料不斷軟化。當(dāng)形變硬化和回形變硬化和回 復(fù)軟化達(dá)到動態(tài)平衡復(fù)軟化達(dá)到動態(tài)平衡時，蠕變速率遂為一常數(shù)，因此時，蠕變速率遂為一常數(shù)，因此 形成了恒速蠕變階段。形成了恒速蠕變階段。 v蠕變第蠕變第 階段：階段：空洞空洞（可從第二階段形成）（可從第二階段形成）長大、長大、 連接連接形成形成裂紋裂紋而迅速擴展，致使蠕變速度加快，直至而迅速擴展，致使蠕變速度加快，直至 裂紋達(dá)到裂紋達(dá)到臨界尺寸臨

19、界尺寸而產(chǎn)生蠕變斷裂。而產(chǎn)生蠕變斷裂。 7-2 蠕變的宏觀規(guī)律及蠕變機制蠕變的宏觀規(guī)律及蠕變機制 （2）擴散蠕變機理）擴散蠕變機理 在在較高溫度較高溫度下，原子和空位可以發(fā)生熱激活下，原子和空位可以發(fā)生熱激活 擴散，在不受外力的情況下，它們的擴散是隨機擴散，在不受外力的情況下，它們的擴散是隨機 的，在宏觀上沒有表現(xiàn)。的，在宏觀上沒有表現(xiàn)。 但在高溫時有但在高溫時有外力外力作用下，晶體內(nèi)部產(chǎn)生作用下，晶體內(nèi)部產(chǎn)生 不均勻應(yīng)力場，原子和空位在不同的位置具有不不均勻應(yīng)力場，原子和空位在不同的位置具有不 同的勢能，它們會由高勢能位向低勢能位進(jìn)行同的勢能，它們會由高勢能位向低勢能位進(jìn)行 ( (應(yīng)力誘導(dǎo)應(yīng)

20、力誘導(dǎo)) )。 7-2 蠕變的宏觀規(guī)律及蠕變機制蠕變的宏觀規(guī)律及蠕變機制 擴散蠕變機理示意圖擴散蠕變機理示意圖 拉應(yīng)力作用下：拉應(yīng)力作用下： p 晶界上的空位勢能發(fā)生變化，晶界上的空位勢能發(fā)生變化， 垂直于拉應(yīng)力軸垂直于拉應(yīng)力軸的晶界的晶界(圖中圖中A、 B晶界晶界)處于處于高勢能態(tài)高勢能態(tài)，平行于拉平行于拉 應(yīng)力軸應(yīng)力軸的晶界的晶界(圖中圖中C、D晶界晶界)處處 于于低勢能態(tài)低勢能態(tài)。導(dǎo)致空位由勢能高。導(dǎo)致空位由勢能高 的的A、B晶界向勢能低的晶界向勢能低的C、D晶晶 界擴散。界擴散。 的擴散引起的擴散引起原子原子向相反的向相反的 方向擴散，從而引起晶粒沿拉伸方向擴散，從而引起晶粒沿拉伸 軸

21、方向伸長，垂直于拉伸軸方向軸方向伸長，垂直于拉伸軸方向 收縮，致使晶體產(chǎn)生收縮，致使晶體產(chǎn)生蠕變變形蠕變變形。 7-2 蠕變的宏觀規(guī)律及蠕變機制蠕變的宏觀規(guī)律及蠕變機制 （3）晶界滑動蠕變機理）晶界滑動蠕變機理 晶界在外力作用下，會發(fā)生相對滑動變晶界在外力作用下，會發(fā)生相對滑動變 形，但在形，但在常溫下晶界變形極不明顯，常溫下晶界變形極不明顯，可以忽可以忽 略不計。略不計。 在高溫蠕變條件下，在高溫蠕變條件下，由于晶界強度降低，由于晶界強度降低， 晶界的相對滑動引起的變形量很大晶界的相對滑動引起的變形量很大，有時甚有時甚 至占總?cè)渥冏冃瘟康囊话?，從而產(chǎn)生至占總?cè)渥冏冃瘟康囊话?，從而產(chǎn)生明顯的明

22、顯的 蠕變變形。蠕變變形。 7-2 蠕變的宏觀規(guī)律及蠕變機制蠕變的宏觀規(guī)律及蠕變機制 晶界滑動示意圖晶界滑動示意圖 晶格畸變區(qū)晶格畸變區(qū) 晶粒晶粒1 晶粒晶粒2 晶粒晶粒1 晶粒晶粒2 7-2 蠕變的宏觀規(guī)律及蠕變機制蠕變的宏觀規(guī)律及蠕變機制 晶界變形晶界變形-晶界滑動和遷移晶界滑動和遷移 7-2 蠕變的宏觀規(guī)律及蠕變機制蠕變的宏觀規(guī)律及蠕變機制 v晶界的變形是由晶界的變形是由晶界的滑動和遷移晶界的滑動和遷移交替進(jìn)行交替進(jìn)行 的過程。的過程。 v晶界的滑動對變形產(chǎn)生直接的影響，晶界的滑動對變形產(chǎn)生直接的影響，晶界的晶界的 遷移遷移雖不提供變形量，但它能雖不提供變形量，但它能消除由于晶界消除由于

23、晶界 滑動而在晶界附近產(chǎn)生的晶格畸變區(qū)，為晶滑動而在晶界附近產(chǎn)生的晶格畸變區(qū)，為晶 界的進(jìn)一步滑動創(chuàng)造條件界的進(jìn)一步滑動創(chuàng)造條件。 v因此，可以認(rèn)為因此，可以認(rèn)為晶界滑動晶界滑動是是硬化硬化過程，而過程，而晶晶 界遷移界遷移是是軟化軟化過程。過程。 7-2 蠕變的宏觀規(guī)律及蠕變機制蠕變的宏觀規(guī)律及蠕變機制 7.2.3 蠕變斷裂機理蠕變斷裂機理 蠕變斷裂的兩種情況：蠕變斷裂的兩種情況： v不含裂紋的高溫構(gòu)件，在高溫長期服役過程不含裂紋的高溫構(gòu)件，在高溫長期服役過程 中，由于中，由于蠕變裂紋蠕變裂紋相對均勻地相對均勻地在構(gòu)件內(nèi)部在構(gòu)件內(nèi)部萌萌 生和擴展生和擴展，最終在應(yīng)力和溫度共同作用下導(dǎo)，最終在

24、應(yīng)力和溫度共同作用下導(dǎo) 致斷裂；致斷裂； v在高溫工程機件中，原來就存在裂紋或類似在高溫工程機件中，原來就存在裂紋或類似 裂紋的缺陷，其斷裂是由裂紋的缺陷，其斷裂是由主裂紋的擴展所致主裂紋的擴展所致。 7-2 蠕變的宏觀規(guī)律及蠕變機制蠕變的宏觀規(guī)律及蠕變機制 7-2 蠕變的宏觀規(guī)律及蠕變機制蠕變的宏觀規(guī)律及蠕變機制 斷裂方式：斷裂方式：晶間斷裂晶間斷裂是蠕變斷裂的普遍形式，是蠕變斷裂的普遍形式，高溫高溫 低應(yīng)力低應(yīng)力下情況更是如此。下情況更是如此。 等強溫度：等強溫度：晶界和晶內(nèi)強度相等晶界和晶內(nèi)強度相等 的溫度。的溫度。 因為溫度升高，多晶體晶內(nèi)及晶因為溫度升高，多晶體晶內(nèi)及晶 界強度都隨之

25、降低，但后者降低界強度都隨之降低，但后者降低 速率更快，造成高溫下晶界的相速率更快，造成高溫下晶界的相 對強度較低的緣故。對強度較低的緣故。隨應(yīng)變速度下降，等強溫度降隨應(yīng)變速度下降，等強溫度降 低，從而使晶界斷裂傾向增大。低，從而使晶界斷裂傾向增大。 兩種晶界斷裂模型：兩種晶界斷裂模型： v晶界滑動和應(yīng)力集中模型晶界滑動和應(yīng)力集中模型 在蠕變溫度下，持續(xù)的在蠕變溫度下，持續(xù)的 恒載將導(dǎo)致位于最大切應(yīng)力恒載將導(dǎo)致位于最大切應(yīng)力 方向的晶界滑動，這種滑動方向的晶界滑動，這種滑動 必然在必然在三晶粒交界處三晶粒交界處形成形成應(yīng)應(yīng) 力集中力集中，如果這種應(yīng)力集中，如果這種應(yīng)力集中 不能被滑動晶界前方晶

26、粒的不能被滑動晶界前方晶粒的 塑性變形或晶界的遷移所松塑性變形或晶界的遷移所松 弛，當(dāng)應(yīng)力集中達(dá)到晶界的結(jié)合強度時，在三晶粒交界處弛，當(dāng)應(yīng)力集中達(dá)到晶界的結(jié)合強度時，在三晶粒交界處 必然發(fā)生開裂，形成楔形必然發(fā)生開裂，形成楔形空洞或裂紋空洞或裂紋。 應(yīng)力集中應(yīng)力集中 裂紋裂紋 7-2 蠕變的宏觀規(guī)律及蠕變機制蠕變的宏觀規(guī)律及蠕變機制 p 空位聚集模型空位聚集模型 由于晶界滑動和晶內(nèi)滑移可能由于晶界滑動和晶內(nèi)滑移可能在晶界形成交截在晶界形成交截，使，使 晶界曲折，晶界曲折，曲折的晶界曲折的晶界和和晶界夾雜物晶界夾雜物阻礙了晶界的阻礙了晶界的 滑動，引起滑動，引起應(yīng)力集中應(yīng)力集中，導(dǎo)致空洞形成。，

27、導(dǎo)致空洞形成。 7-2 蠕變的宏觀規(guī)律及蠕變機制蠕變的宏觀規(guī)律及蠕變機制 以上兩種機制都要經(jīng)歷以上兩種機制都要經(jīng)歷空洞穩(wěn)定長大而形成空洞穩(wěn)定長大而形成 微裂紋微裂紋到到裂紋不穩(wěn)定擴展而斷裂裂紋不穩(wěn)定擴展而斷裂的過程。并且，的過程。并且， 在不同的應(yīng)力和溫度下，兩種機制占有不同的在不同的應(yīng)力和溫度下，兩種機制占有不同的 主導(dǎo)地位。一般地，主導(dǎo)地位。一般地，晶界滑動機制主導(dǎo)的蠕變晶界滑動機制主導(dǎo)的蠕變 斷裂發(fā)生在中等溫度和較高應(yīng)力水平的條件下斷裂發(fā)生在中等溫度和較高應(yīng)力水平的條件下； 而而空位聚集機制主導(dǎo)的斷裂發(fā)生在較高溫度和空位聚集機制主導(dǎo)的斷裂發(fā)生在較高溫度和 較低應(yīng)力水平的條件下較低應(yīng)力水平

28、的條件下。 7-2 蠕變的宏觀規(guī)律及蠕變機制蠕變的宏觀規(guī)律及蠕變機制 溫度對斷裂機制的影響溫度對斷裂機制的影響 v溫度低時，金屬材料通常發(fā)生滑移引起的解理斷溫度低時，金屬材料通常發(fā)生滑移引起的解理斷 裂或晶間斷裂裂或晶間斷裂，這屬于一種脆性斷裂方式，其斷裂，這屬于一種脆性斷裂方式，其斷裂 應(yīng)變小，即使在較高應(yīng)力下，多晶體在發(fā)生整體屈應(yīng)變小，即使在較高應(yīng)力下，多晶體在發(fā)生整體屈 服后再斷裂，斷裂應(yīng)變一般也不會超過服后再斷裂，斷裂應(yīng)變一般也不會超過 10。 v溫度溫度高于韌脆轉(zhuǎn)變溫度時，斷裂方式從脆性解理高于韌脆轉(zhuǎn)變溫度時，斷裂方式從脆性解理 和晶間斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)轫g性穿晶斷裂和晶間斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)轫g性穿晶斷

29、裂。它通常是。它通常是通過在通過在 第二相界面上空洞生成、長大和連接的方式發(fā)生的，第二相界面上空洞生成、長大和連接的方式發(fā)生的， 斷口的典型特征是韌窩斷口的典型特征是韌窩。 7-2 蠕變的宏觀規(guī)律及蠕變機制蠕變的宏觀規(guī)律及蠕變機制 v應(yīng)力高時，由空洞長大的斷裂方式會瞬時發(fā)應(yīng)力高時，由空洞長大的斷裂方式會瞬時發(fā) 生，生，“不屬于不屬于” 蠕變斷裂；蠕變斷裂； v應(yīng)力應(yīng)力較低較低( (溫度相對較高溫度相對較高) )時，時，空洞由于緩慢空洞由于緩慢 蠕變而長大，最終導(dǎo)致蠕變斷裂蠕變而長大，最終導(dǎo)致蠕變斷裂。這種斷裂往。這種斷裂往 往伴隨有較大的斷裂應(yīng)變。往伴隨有較大的斷裂應(yīng)變。 應(yīng)力對斷裂機制的影響

30、應(yīng)力對斷裂機制的影響 7-2 蠕變的宏觀規(guī)律及蠕變機制蠕變的宏觀規(guī)律及蠕變機制 v 較低較低應(yīng)力應(yīng)力和較高和較高溫度溫度下，通過在下，通過在晶界空位晶界空位 聚集形成空洞聚集形成空洞和和空洞長大空洞長大的方式發(fā)生晶界的方式發(fā)生晶界 蠕變斷裂；蠕變斷裂； v這種斷裂是由擴散控制的，這種斷裂是由擴散控制的，低溫低溫下由空位下由空位 擴散導(dǎo)致的這種斷裂過程十分緩慢，實際擴散導(dǎo)致的這種斷裂過程十分緩慢，實際 上難以觀察到最終斷裂的發(fā)生。上難以觀察到最終斷裂的發(fā)生。 7-2 蠕變的宏觀規(guī)律及蠕變機制蠕變的宏觀規(guī)律及蠕變機制 v高溫高應(yīng)力高溫高應(yīng)力下，在下，在強烈變形部位強烈變形部位將迅速發(fā)將迅速發(fā) 生回

31、復(fù)、再結(jié)晶，晶界能夠通過擴散發(fā)生遷生回復(fù)、再結(jié)晶，晶界能夠通過擴散發(fā)生遷 移，即使在晶界上形成空洞，移，即使在晶界上形成空洞，空洞也難以繼空洞也難以繼 續(xù)長大續(xù)長大，因為空洞的長大主要是依靠空位沿，因為空洞的長大主要是依靠空位沿 晶界不斷向空洞處擴散的方式完成的，而晶界不斷向空洞處擴散的方式完成的，而晶晶 界的遷移能夠終止空位沿晶界的擴散界的遷移能夠終止空位沿晶界的擴散，結(jié)果，結(jié)果 蠕變斷裂以類似于試樣被拉斷的蠕變斷裂以類似于試樣被拉斷的“頸縮頸縮”的的 方式進(jìn)行。（方式進(jìn)行。（材料塑化材料塑化） 7-2 蠕變的宏觀規(guī)律及蠕變機制蠕變的宏觀規(guī)律及蠕變機制 金屬材料蠕變斷裂斷口的特征金屬材料蠕變

32、斷裂斷口的特征 v宏觀特征：宏觀特征： 一是在斷口附近產(chǎn)生塑性變形，在變形一是在斷口附近產(chǎn)生塑性變形，在變形 區(qū)域附近有很多裂紋，使斷裂構(gòu)件表面出現(xiàn)區(qū)域附近有很多裂紋，使斷裂構(gòu)件表面出現(xiàn) 龜裂現(xiàn)象龜裂現(xiàn)象；二是由于高溫氧化，斷口表面往；二是由于高溫氧化，斷口表面往 往被一層往被一層氧化膜氧化膜所覆蓋。所覆蓋。 v微觀特征：微觀特征： 主要是主要是冰糖狀花樣的沿晶斷裂冰糖狀花樣的沿晶斷裂。 7-2 蠕變的宏觀規(guī)律及蠕變機制蠕變的宏觀規(guī)律及蠕變機制 Company Logo 37 7-3 金屬高溫力學(xué)性能指標(biāo)金屬高溫力學(xué)性能指標(biāo) 7.3.1 蠕變極限蠕變極限 v高溫服役的構(gòu)件在其服役期內(nèi)，不允許產(chǎn)

33、生高溫服役的構(gòu)件在其服役期內(nèi)，不允許產(chǎn)生 過量的蠕變變形，否則將引起構(gòu)件的早期失過量的蠕變變形，否則將引起構(gòu)件的早期失 效。因此，效。因此，為保證高溫長期載荷作用下的構(gòu)為保證高溫長期載荷作用下的構(gòu) 件不致產(chǎn)生過量變形，要求材料須具有一定件不致產(chǎn)生過量變形，要求材料須具有一定 的蠕變極限。的蠕變極限。 v蠕變極限：蠕變極限：反映長期載荷作用下的材料對高反映長期載荷作用下的材料對高 溫蠕變變形的抗力。溫蠕變變形的抗力。它是選用高溫材料、設(shè)它是選用高溫材料、設(shè) 計高溫下服役機件的主要依據(jù)之一。計高溫下服役機件的主要依據(jù)之一。 Company Logo 38 7-3 金屬高溫力學(xué)性能指標(biāo)金屬高溫力學(xué)性

34、能指標(biāo) p在給定溫度下，使試樣在在給定溫度下，使試樣在蠕變第二階段產(chǎn)生蠕變第二階段產(chǎn)生 規(guī)定穩(wěn)態(tài)蠕變速率規(guī)定穩(wěn)態(tài)蠕變速率的最大應(yīng)力定義為蠕變極的最大應(yīng)力定義為蠕變極 限。限。 記作：記作： T：溫度（：溫度（）；）； ：第二階段的穩(wěn)態(tài)蠕變速率（：第二階段的穩(wěn)態(tài)蠕變速率（h）。）。 蠕變極限的兩種表示方法：蠕變極限的兩種表示方法： )(MPa T . Company Logo 39 7-3 金屬高溫力學(xué)性能指標(biāo)金屬高溫力學(xué)性能指標(biāo) 例如：例如： 表示在表示在 500的條件下，第二階段的穩(wěn)態(tài)蠕的條件下，第二階段的穩(wěn)態(tài)蠕 變速率變速率1 10 5 h 的應(yīng)力值為的應(yīng)力值為 80MPa。 即：蠕變極限

35、即：蠕變極限80 MPa 在高溫下長期服役的構(gòu)件，如在汽輪機、電站在高溫下長期服役的構(gòu)件，如在汽輪機、電站 鍋爐的設(shè)計中，常把蠕變速率鍋爐的設(shè)計中，常把蠕變速率1 10-5/h的應(yīng)的應(yīng) 力定義為力定義為蠕變極限蠕變極限，作為選材和機件設(shè)計的依據(jù)。，作為選材和機件設(shè)計的依據(jù)。 MPa80 500 101 5 Company Logo 40 7-3 金屬高溫力學(xué)性能指標(biāo)金屬高溫力學(xué)性能指標(biāo) p 在給定溫度和時間的條件下，使試樣產(chǎn)生在給定溫度和時間的條件下，使試樣產(chǎn)生 規(guī)定的蠕變應(yīng)變量規(guī)定的蠕變應(yīng)變量的最大應(yīng)力定義為蠕變極的最大應(yīng)力定義為蠕變極 限。限。 記作：記作： T：表示實驗溫度（：表示實驗溫

36、度（） t：表示在給定的時間表示在給定的時間 t (h)內(nèi)產(chǎn)生的蠕變內(nèi)產(chǎn)生的蠕變 應(yīng)變?yōu)閼?yīng)變?yōu)?（%） MPa T t / Company Logo 41 7-3 金屬高溫力學(xué)性能指標(biāo)金屬高溫力學(xué)性能指標(biāo) 例如：例如： 表示在表示在 600，10萬小時后，蠕變應(yīng)變量萬小時后，蠕變應(yīng)變量 1的應(yīng)力值為的應(yīng)力值為100MPa。 即：蠕變極限即：蠕變極限100 MPa MPa100 600 10/1 5 Company Logo 42 7-3 金屬高溫力學(xué)性能指標(biāo)金屬高溫力學(xué)性能指標(biāo) p 對于按穩(wěn)態(tài)蠕變速率定義的蠕變極限，其測對于按穩(wěn)態(tài)蠕變速率定義的蠕變極限，其測 定程序為：定程序為： 在同一溫度、

37、不同應(yīng)力下進(jìn)行蠕變實驗，測出在同一溫度、不同應(yīng)力下進(jìn)行蠕變實驗，測出 不少于不少于 4 條的蠕變曲線；條的蠕變曲線； 求出各應(yīng)力下蠕變曲線第二階段直線部分的斜求出各應(yīng)力下蠕變曲線第二階段直線部分的斜 率，即為相應(yīng)的穩(wěn)態(tài)蠕變速率；率，即為相應(yīng)的穩(wěn)態(tài)蠕變速率； 穩(wěn)態(tài)蠕變速率穩(wěn)態(tài)蠕變速率=規(guī)定的穩(wěn)態(tài)蠕變速率所對應(yīng)的應(yīng)規(guī)定的穩(wěn)態(tài)蠕變速率所對應(yīng)的應(yīng) 力值即為蠕變極限。力值即為蠕變極限。 蠕變極限測試：蠕變極限測試： Company Logo 43 7-3 金屬高溫力學(xué)性能指標(biāo)金屬高溫力學(xué)性能指標(biāo) n A 同一溫度下，蠕變速率同一溫度下，蠕變速率 與外加應(yīng)力與外加應(yīng)力 之間之間 存在下列經(jīng)驗關(guān)系：存在下列

38、經(jīng)驗關(guān)系： A和和n是與材料及實驗條件有關(guān)的常數(shù)。是與材料及實驗條件有關(guān)的常數(shù)。 對于單相合金，對于單相合金，n=36。 . Company Logo 44 7-3 金屬高溫力學(xué)性能指標(biāo)金屬高溫力學(xué)性能指標(biāo) 12Cr1MoV鋼的鋼的 曲線曲線 . Company Logo 45 7-3 金屬高溫力學(xué)性能指標(biāo)金屬高溫力學(xué)性能指標(biāo) 7.3.2 持久強度持久強度 v某些在高溫下工作的構(gòu)件，蠕變變形很小或?qū)ψ兡承┰诟邷叵鹿ぷ鞯臉?gòu)件，蠕變變形很小或?qū)ψ?形要求不嚴(yán)格，只要求構(gòu)件在使用期內(nèi)不發(fā)生斷形要求不嚴(yán)格，只要求構(gòu)件在使用期內(nèi)不發(fā)生斷 裂。如裂。如鍋爐、管道等零件在服役中基本上不考慮鍋爐、管道等零件在

39、服役中基本上不考慮 變形、原則上只要求保證在規(guī)定條件下不破壞。變形、原則上只要求保證在規(guī)定條件下不破壞。 在這種情況下，要用在這種情況下，要用能反映蠕變斷裂抗力的指標(biāo)能反映蠕變斷裂抗力的指標(biāo) 作為評價材料、設(shè)計機件的主要依據(jù)。作為評價材料、設(shè)計機件的主要依據(jù)。 v持久強度：持久強度： 材料在一定溫度下和規(guī)定的時間內(nèi)，不發(fā)生蠕變材料在一定溫度下和規(guī)定的時間內(nèi)，不發(fā)生蠕變 斷裂的最大應(yīng)力（發(fā)生蠕變斷裂的最小應(yīng)力）。斷裂的最大應(yīng)力（發(fā)生蠕變斷裂的最小應(yīng)力）。 記作：記作： )(MPa T t Company Logo 46 7-3 金屬高溫力學(xué)性能指標(biāo)金屬高溫力學(xué)性能指標(biāo) 表示在表示在 700時，經(jīng)

40、時，經(jīng)1000h后才發(fā)生后才發(fā)生 斷裂的應(yīng)力為斷裂的應(yīng)力為30 MPa。 即即持久強度持久強度=30 MPa。 例如：例如： MPa30 700 101 3 Company Logo 47 7-3 金屬高溫力學(xué)性能指標(biāo)金屬高溫力學(xué)性能指標(biāo) v所謂所謂規(guī)定時間規(guī)定時間是以零件設(shè)計時的工作壽命為是以零件設(shè)計時的工作壽命為 依據(jù)的，對于有些重要的零件，例如航空發(fā)依據(jù)的，對于有些重要的零件，例如航空發(fā) 動機的渦輪盤、葉片等，不僅要求材料具有動機的渦輪盤、葉片等，不僅要求材料具有 一定的蠕變極限，同時也要求材料具有一定一定的蠕變極限，同時也要求材料具有一定 的持久強度，兩者都是設(shè)計的重要依據(jù)。的持久強度

41、，兩者都是設(shè)計的重要依據(jù)。 v材料的持久強度是實驗測定的，材料的持久強度是實驗測定的，持久強度實持久強度實 驗驗時間通常比蠕變極限實驗要長得多，根據(jù)時間通常比蠕變極限實驗要長得多，根據(jù) 設(shè)計要求，持久強度實驗最長可達(dá)幾萬設(shè)計要求，持久強度實驗最長可達(dá)幾萬 幾幾 十萬小時。十萬小時。 Company Logo 48 7-3 金屬高溫力學(xué)性能指標(biāo)金屬高溫力學(xué)性能指標(biāo) 由于實際高溫構(gòu)件所要求的持久強度由于實際高溫構(gòu)件所要求的持久強度一般要求幾千到一般要求幾千到 幾萬小時幾萬小時，較長者可達(dá)幾萬至幾十萬小時。實際上持，較長者可達(dá)幾萬至幾十萬小時。實際上持 久強度是不宜直接測定的，一般要通過內(nèi)插或外推方

42、久強度是不宜直接測定的，一般要通過內(nèi)插或外推方 法確定。所以，法確定。所以，在多數(shù)情況下，實際的持久強度值是在多數(shù)情況下，實際的持久強度值是 利用短時壽命（如幾十或幾百，最多是幾千小時）數(shù)利用短時壽命（如幾十或幾百，最多是幾千小時）數(shù) 據(jù)的外推來估計的據(jù)的外推來估計的。 實驗表明：金屬材料在給定溫度下，持久應(yīng)力實驗表明：金屬材料在給定溫度下，持久應(yīng)力 和斷和斷 裂時間（斷裂壽命）裂時間（斷裂壽命）t 可用下列經(jīng)驗公式表示：可用下列經(jīng)驗公式表示： A， 為與實驗溫度、材料特性有關(guān)的常數(shù)。為與實驗溫度、材料特性有關(guān)的常數(shù)。 At Company Logo 49 7-3 金屬高溫力學(xué)性能指標(biāo)金屬高溫

43、力學(xué)性能指標(biāo) Company Logo 50 7-3 金屬高溫力學(xué)性能指標(biāo)金屬高溫力學(xué)性能指標(biāo) 持久強度曲線及其轉(zhuǎn)折現(xiàn)象示意圖持久強度曲線及其轉(zhuǎn)折現(xiàn)象示意圖 一種高溫用鋼一種高溫用鋼550的持久強度曲線的持久強度曲線 Company Logo 51 7-3 金屬高溫力學(xué)性能指標(biāo)金屬高溫力學(xué)性能指標(biāo) 7.3.3 持久塑性持久塑性 通過持久強度試驗，還可以測定材料的通過持久強度試驗，還可以測定材料的 持久塑性。持久塑性。 持久塑性：持久塑性：用試樣斷裂后的延伸率和斷用試樣斷裂后的延伸率和斷 面收縮率來表示，是衡量材料蠕變脆性的一面收縮率來表示，是衡量材料蠕變脆性的一 個重要指標(biāo)。個重要指標(biāo)。 很多

44、材料在高溫下長時間工作后，延伸很多材料在高溫下長時間工作后，延伸 率降低，往往發(fā)生脆性破壞，如汽輪機中螺率降低，往往發(fā)生脆性破壞，如汽輪機中螺 栓的斷裂、鍋爐中導(dǎo)管的脆性破壞。栓的斷裂、鍋爐中導(dǎo)管的脆性破壞。 根據(jù)蠕變變形和斷裂機制可知，要降低蠕變速根據(jù)蠕變變形和斷裂機制可知，要降低蠕變速 度、度、提高蠕變極限提高蠕變極限，必須控制，必須控制位錯攀移位錯攀移的速度；的速度； 要提高斷裂抗力，即要提高斷裂抗力，即提高持久強度提高持久強度，必須抑制，必須抑制 晶界滑動、晶界滑動、強化晶界強化晶界，亦即要，亦即要 。 一般地，蠕變是發(fā)生在一定的溫度、應(yīng)力條件一般地，蠕變是發(fā)生在一定的溫度、應(yīng)力條件

45、下，是材料的熱激活微觀過程的宏觀表現(xiàn)，這下，是材料的熱激活微觀過程的宏觀表現(xiàn)，這 不僅決定于材料的成分、組織結(jié)構(gòu)等不僅決定于材料的成分、組織結(jié)構(gòu)等內(nèi)在因素內(nèi)在因素， 而且也受應(yīng)力、溫度等而且也受應(yīng)力、溫度等外來因素外來因素的影響。的影響。 7-4 影響金屬高溫力學(xué)性能的主要因素影響金屬高溫力學(xué)性能的主要因素 7.4.1 化學(xué)成分的影響化學(xué)成分的影響 材料的成分不同，蠕變的熱激活能不同。材料的成分不同，蠕變的熱激活能不同。 熱激活能高的材料，蠕變變形就困難，蠕變熱激活能高的材料，蠕變變形就困難，蠕變 極限、持久強度就高。極限、持久強度就高。 設(shè)計耐熱鋼及耐熱合金時，一般選用熔設(shè)計耐熱鋼及耐熱合金

46、時，一般選用熔 點高（原子結(jié)合力強）、自擴散激活能大點高（原子結(jié)合力強）、自擴散激活能大 （擴散困難）和層錯能低的元素及合金（擴散困難）和層錯能低的元素及合金。 常用合金元素有：常用合金元素有： Cr、W、Mo、Nb、V、B、 7-4 影響金屬高溫力學(xué)性能的主要因素影響金屬高溫力學(xué)性能的主要因素 Company Logo 54 7-4 影響金屬高溫力學(xué)性能的主要因素影響金屬高溫力學(xué)性能的主要因素 原因：原因： v1）熔點愈高熔點愈高的金屬的金屬原子結(jié)合力愈強，原子結(jié)合力愈強，自擴散激活能自擴散激活能 愈大，因而自擴散愈慢愈大，因而自擴散愈慢，位錯攀移阻力愈大，位錯攀移阻力愈大 ； v2）如果熔

47、點相同但晶體結(jié)構(gòu)不同，則）如果熔點相同但晶體結(jié)構(gòu)不同，則自擴散激活能自擴散激活能 愈高愈高者，擴散愈慢；者，擴散愈慢； v3）層錯能愈低層錯能愈低的金屬愈易產(chǎn)生擴展位錯，使位錯難的金屬愈易產(chǎn)生擴展位錯，使位錯難 以產(chǎn)生割階、交滑移和攀移。這些都有利于降低蠕以產(chǎn)生割階、交滑移和攀移。這些都有利于降低蠕 變速率。變速率。 v4）體心立方晶體的）體心立方晶體的自擴散系數(shù)自擴散系數(shù)最大，面心立方晶體最大，面心立方晶體 次之。因此，大多數(shù)面心立方結(jié)構(gòu)的金屬，其高溫次之。因此，大多數(shù)面心立方結(jié)構(gòu)的金屬，其高溫 強度比體心立方結(jié)構(gòu)的高。強度比體心立方結(jié)構(gòu)的高。 v在金屬基體中加入在金屬基體中加入鉻、鉑、鎢、

48、鈮等形成單相固鉻、鉑、鎢、鈮等形成單相固 溶體，除產(chǎn)生溶體，除產(chǎn)生固溶強化固溶強化作用外，還因為作用外，還因為合金元素合金元素 使層錯能降低，易形成擴展位錯，且溶質(zhì)原子與使層錯能降低，易形成擴展位錯，且溶質(zhì)原子與 溶劑原子的結(jié)合力較強，增大了擴散激活能溶劑原子的結(jié)合力較強，增大了擴散激活能，從，從 而提高了蠕變極限；而提高了蠕變極限； v形成形成彌散相彌散相的合金元素，則由于彌散相能強烈阻的合金元素，則由于彌散相能強烈阻 礙位錯的滑移，提高高溫強度。彌散相粒子硬度礙位錯的滑移，提高高溫強度。彌散相粒子硬度 高、彌散度大、穩(wěn)定性高，則強化作用好；高、彌散度大、穩(wěn)定性高，則強化作用好； v硼、稀土

49、等增加晶界激活能的元素，則既能阻礙硼、稀土等增加晶界激活能的元素，則既能阻礙 晶界滑動，又能增大晶界裂紋面的表面能，因而晶界滑動，又能增大晶界裂紋面的表面能，因而 對提高蠕變極限，特別是持久強度是很有效的。對提高蠕變極限，特別是持久強度是很有效的。 7-4 影響金屬高溫力學(xué)性能的主要因素影響金屬高溫力學(xué)性能的主要因素 v各種耐熱鋼及其合金的冶煉工藝要求較高，各種耐熱鋼及其合金的冶煉工藝要求較高， 因為因為鋼中的夾雜物和某些冶金缺陷會使材料鋼中的夾雜物和某些冶金缺陷會使材料 的持久強度降低的持久強度降低。高溫合金對雜質(zhì)元素和氣。高溫合金對雜質(zhì)元素和氣 體含量要求更為嚴(yán)格，常存雜志硫磷鉛錫等，體含

50、量要求更為嚴(yán)格，常存雜志硫磷鉛錫等， 即使含量只有十萬分之一，當(dāng)即使含量只有十萬分之一，當(dāng)雜質(zhì)在晶界偏雜質(zhì)在晶界偏 析后，也會導(dǎo)致晶格嚴(yán)重弱化，從而使熱強析后，也會導(dǎo)致晶格嚴(yán)重弱化，從而使熱強 性急劇降低，持久塑形變差性急劇降低，持久塑形變差。 7-4 影響金屬高溫力學(xué)性能的主要因素影響金屬高溫力學(xué)性能的主要因素 7.4.2 冶煉工藝的影響冶煉工藝的影響 v例如，某些鎳基合金的實驗結(jié)果表明，經(jīng)過真例如，某些鎳基合金的實驗結(jié)果表明，經(jīng)過真 空冶煉后，由于鉛的含量由百萬分之五降低到空冶煉后，由于鉛的含量由百萬分之五降低到 百萬分之二以下，其持久時間增長了一倍。百萬分之二以下，其持久時間增長了一倍。

51、 v由于由于高溫合金在使用中通常在垂直于應(yīng)力方向高溫合金在使用中通常在垂直于應(yīng)力方向 的橫向晶界上易產(chǎn)生裂紋的橫向晶界上易產(chǎn)生裂紋。因此，采用。因此，采用定向凝定向凝 固工藝固工藝使柱狀晶沿受力方向生長，減少橫向晶使柱狀晶沿受力方向生長，減少橫向晶 界，可以大大提高持久壽命。界，可以大大提高持久壽命。目前，該工藝正目前，該工藝正 在渦輪葉片上得到很好的應(yīng)用。在渦輪葉片上得到很好的應(yīng)用。 v例：某鎳合金。例：某鎳合金。 7-4 影響金屬高溫力學(xué)性能的主要因素影響金屬高溫力學(xué)性能的主要因素 7.4.3 熱處理及組織結(jié)構(gòu)的影響熱處理及組織結(jié)構(gòu)的影響 采用不同的熱處理工藝，可以改變材料的組織結(jié)構(gòu)，采用

52、不同的熱處理工藝，可以改變材料的組織結(jié)構(gòu)， 從而改變熱激活運動的難易程度。從而改變熱激活運動的難易程度。 如如珠光體耐熱鋼珠光體耐熱鋼，一般采用正火加高溫回火工藝，正，一般采用正火加高溫回火工藝，正 火溫度應(yīng)較高，以促使碳化物較充分而均勻地溶解在奧氏火溫度應(yīng)較高，以促使碳化物較充分而均勻地溶解在奧氏 體中；回火溫度應(yīng)高于使用溫度體中；回火溫度應(yīng)高于使用溫度100150以上，以提以上，以提 高其在使用溫度下的組織穩(wěn)定性。如高其在使用溫度下的組織穩(wěn)定性。如奧氏體耐熱鋼奧氏體耐熱鋼或合金或合金 一般進(jìn)行固溶處理和時效，改善強化相的分布狀態(tài)，并使一般進(jìn)行固溶處理和時效，改善強化相的分布狀態(tài)，并使 之得到適當(dāng)?shù)木Я６?；之得到適當(dāng)?shù)木Я６龋?在固溶處理后再