第八章材料的蠕變PPT參考課件.ppt

1、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，如發(fā)動(dòng)機(jī)、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地評價(jià)材料、合理地使用材料、研究新的耐高溫材料，成為上述工業(yè)發(fā)展和材料科學(xué)研究的重要任務(wù)之一。 以航空發(fā)動(dòng)機(jī)為例，目前正朝著推力大、耗能低、推重比高和使用壽命長的方向發(fā)展。這就要求提高壓氣機(jī)增壓比和渦輪前的進(jìn)口溫度等措施來實(shí)現(xiàn)，需采用良好高溫性能的材料制造渦輪盤、葉片等構(gòu)件。很明顯，材料的高溫性能是制約上述發(fā)展的重要因素。,第8章 材料的蠕變,1,溫度對材料的力學(xué)性能影響很大，而且不同材料的力學(xué)性能隨溫度變化的規(guī)律不同。 金屬材料：隨著 溫度 T 的升高- 強(qiáng)度

2、極限逐漸降低。 斷裂方式由穿晶斷裂逐漸向沿晶斷裂過渡。 常溫下可用來強(qiáng)化材料的手段，如加工硬化、固溶強(qiáng)化及沉淀強(qiáng)化等，強(qiáng)化效果逐漸削弱甚至消失。 陶瓷材料： 常溫下脆性斷裂；而在高溫，借助于外力和熱激活作用，變形的一些障礙得以克服，材料內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)發(fā)生不可逆的微觀位移，陶瓷也能變?yōu)榘胨苄圆牧稀?2,時(shí)間也是影響材料高溫力學(xué)性能的重要因素。,常溫(RT)：時(shí)間對材料的力學(xué)性能幾乎沒有影響（普通環(huán)境）。 高溫(HT)：力學(xué)性能表現(xiàn)出時(shí)間效應(yīng)。 例：很多金屬材料在高溫短時(shí)拉伸試驗(yàn)時(shí)，塑性變形的機(jī)制是晶內(nèi)滑移，從而發(fā)生穿晶的韌性斷裂。而在應(yīng)力的長時(shí)間作用下，即使應(yīng)力不超過屈服強(qiáng)度，也會(huì)發(fā)生晶界滑動(dòng)，導(dǎo)致沿

3、晶的脆性斷裂。進(jìn)而使高溫下金屬的強(qiáng)度隨時(shí)間延長而降低。,3,溫度的高低：相對于材料熔點(diǎn)而言。,一般地： 高溫：TTm 0.3 0.4 低溫：TTm 0.3 T ：試驗(yàn)溫度， Tm：材料熔點(diǎn)，(K),4,部分金屬熔點(diǎn)與高溫的含義,Tm TL Pb ： 327.4 20 Mg ： 650 20 Cu ： 1083 160 Fe ： 1536 341 W ： 3410 1091,5,8.1 蠕變現(xiàn)象和蠕變曲線,蠕變（Creep）： 材料在長時(shí)間的恒溫、恒應(yīng)力作用下緩慢地產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象。 蠕變斷裂：由于蠕變變形而最后導(dǎo)致的材料斷裂。,8.1.1 蠕變現(xiàn)象,6,蠕變的溫度,在應(yīng)力作用下，蠕變可以發(fā)生

4、在任何溫度。 低溫時(shí)，蠕變效應(yīng)不明顯，可以不考慮。 T0.3Tm時(shí)，蠕變效應(yīng)比較顯著，此時(shí)需要考慮蠕變的影響。因此，工程上把T0.3Tm的溫度確定為明顯蠕變的溫度。 不同的材料，出現(xiàn)明顯蠕變的溫度不同。例如：碳鋼超過300、合金鋼超過400就出現(xiàn)蠕變效應(yīng)，而高熔點(diǎn)的陶瓷材料在1100以上也不發(fā)生明顯蠕變。,7,8.1.2 典型的蠕變曲線,瞬時(shí)應(yīng)變,蠕變速率,蠕變 斷裂,恒溫、恒應(yīng)力條件,8,第 I 階段：AB段，減速蠕變階段(過渡蠕變階段)。開始的蠕變速率很大，隨著時(shí)間的延長，蠕變速率逐漸減小，到B點(diǎn)，蠕變速率達(dá)到最小值； 第階段：BC段，恒速蠕變階段(穩(wěn)態(tài)蠕變階段)。特點(diǎn)是蠕變速率幾乎不變。

5、一般可以表示為材料的蠕變速率。 第階段：CD段，加速蠕變階段(失穩(wěn)蠕變階段)，隨著時(shí)間的延長，蠕變速率逐漸增大，到D點(diǎn)發(fā)生蠕變斷裂。,9,蠕變時(shí)應(yīng)變與時(shí)間的關(guān)系：, 0 f(t) + Dt + (t),0 ：瞬時(shí)應(yīng)變； f(t)：減速蠕變； Dt ：恒速蠕變； (t)：加速蠕變。,10,常用的蠕變與時(shí)間的關(guān)系：,瞬時(shí)應(yīng)變 減速蠕變 恒速蠕變,11,蠕變應(yīng)變速率與時(shí)間的關(guān)系:,n 為小于1的正數(shù)； t 很小時(shí)，應(yīng)變速率隨t逐漸減小-第一階段； t 增大時(shí)，應(yīng)變速率隨t接近恒定值-第二階段。,12,8.1.3 應(yīng)力和溫度對蠕變曲線的影響,T,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

6、曲線也隨應(yīng)力和溫度的變化而不同。,13,8.2.1 蠕變極限 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)件的早期失效。因此，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的蠕變極限。 蠕變極限：反映長期載荷作用下的材料對高溫蠕變變形的抗力。它是選用高溫材料、設(shè)計(jì)高溫下服役機(jī)件的主要依據(jù)之一。,8.2 蠕變極限與持久強(qiáng)度,14,1） 在給定溫度下，使試樣在蠕變第二階段產(chǎn)生規(guī)定穩(wěn)態(tài)蠕變速率的最大應(yīng)力定義為蠕變極限。 記作： T：溫度（）； ：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：,.,15,例如： 表示在 500的條件下，第二階段的穩(wěn)態(tài)

7、蠕變速率 1 105 h 的應(yīng)力值為 80 MPa。 即：蠕變極限80 MPa 在高溫下長期服役的構(gòu)件，如在汽輪機(jī)、電站鍋爐的設(shè)計(jì)中，常把蠕變速率1 105h的應(yīng)力定義為蠕變極限，作為選材和機(jī)件設(shè)計(jì)的依據(jù)。,16,2）在給定溫度和時(shí)間的條件下，使試樣產(chǎn)生規(guī)定的蠕變應(yīng)變量的最大應(yīng)力定義為蠕變極限。 記作： T：表示實(shí)驗(yàn)溫度（） t：表示在給定的時(shí)間 t (h)內(nèi)產(chǎn)生的蠕變 應(yīng)變?yōu)椋?）。,17,例如： 表示在 600，10萬小時(shí)后，蠕變應(yīng)變量 1的應(yīng)力值為 100 MPa。 即：蠕變極限100 MPa,18,對于按穩(wěn)態(tài)蠕變速率定義的蠕變極限，其測定程序?yàn)椋?在同一溫度、不同應(yīng)力下迸行蠕變實(shí)驗(yàn)，測

8、出不少于 4 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率，即為相應(yīng)的穩(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)力值即為蠕變極限。,蠕變極限測試：,19,20,12Cr1MoV鋼的 曲線,.,21,8.2.2 持久強(qiáng)度,某些在高溫下工作的構(gòu)件，蠕變變形很小或?qū)ψ冃我蟛粐?yán)格，只要求構(gòu)件在使用期內(nèi)不發(fā)生斷裂。如鍋爐、管道等零件在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。在這種情況下，要用能反映蠕變斷裂抗力的指標(biāo)作為評價(jià)材料、設(shè)計(jì)機(jī)件的主要依據(jù)。 持久強(qiáng)度： 材料在一定溫度下和規(guī)定的時(shí)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）。 記作：

9、,22,表示在 700時(shí)，經(jīng)1000h后才發(fā)生斷裂的應(yīng)力為30 MPa。 即持久強(qiáng)度=30 MPa。,例如：,23,所謂規(guī)定時(shí)間是以零件設(shè)計(jì)時(shí)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)動(dòng)機(jī)的渦輪盤、葉片等，不僅要求材料具有一定的蠕變極限，同時(shí)也要求材料具有一定的持久強(qiáng)度，兩者都是設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。 材料的持久強(qiáng)度是實(shí)驗(yàn)測定的，持久強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)時(shí)間通常比蠕變極限實(shí)驗(yàn)要長得多，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，持久強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)最長可達(dá)幾萬 幾十萬小時(shí)。,24,由于實(shí)際高溫構(gòu)件所要求的持久強(qiáng)度一般要求幾千到幾萬小時(shí)，較長者可達(dá)幾萬至幾十萬小時(shí)。實(shí)際上持久強(qiáng)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，在多數(shù)情況

10、下，實(shí)際的持久強(qiáng)度值是利用短時(shí)壽命（如幾十或幾百，最多是幾千小時(shí)）數(shù)據(jù)的外推來估計(jì)的。實(shí)驗(yàn)表明：金屬材料在給定溫度下，持久應(yīng)力和斷裂時(shí)間（斷裂壽命）t 可用下列經(jīng)驗(yàn)公式表示： A，為與實(shí)驗(yàn)溫度、材料特性有關(guān)的常數(shù)。,25,持久強(qiáng)度曲線及其轉(zhuǎn)折現(xiàn)象示意圖,一種高溫用鋼550的持久強(qiáng)度曲線,26,8.2.3 持久塑性,通過持久強(qiáng)度試驗(yàn)，還可以測定材料的持久塑性。 持久塑性：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個(gè)重要指標(biāo)。 很多材料在高溫下長時(shí)間工作后，延伸率降低，往往發(fā)生脆性破壞，如汽輪機(jī)中螺栓的斷裂、鍋爐中導(dǎo)管的脆性破壞。,27,8.3 蠕變變形和蠕變斷裂機(jī)制,8.3.

11、1 蠕變變形機(jī)理 材料在高溫下加載后，要伴生一定量的瞬時(shí)變形，其中包括彈性變形和塑性變形。在機(jī)理上，瞬時(shí)變形與常溫的彈、塑性變形相似，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。隨后產(chǎn)生的蠕變變形取決于溫度和應(yīng)力的共同作用，與常溫塑性變形有所不同。 1）在常溫下變形時(shí)，若滑移面上位錯(cuò)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。但在高溫蠕變條件下，由于熱激活作用，可使滑移面上塞積的位錯(cuò)進(jìn)行攀移，形成小角度亞晶界（位錯(cuò)多邊化），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(dòng)，變形繼續(xù)進(jìn)行。由此，位錯(cuò)滑移對蠕變有顯著貢獻(xiàn)，但蠕變速度則受位錯(cuò)攀移過程所控

12、制。而且，位錯(cuò)滑移導(dǎo)致加工硬化，是硬化過程，而位錯(cuò)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(jì)。但在高溫蠕變條件下，由于晶界強(qiáng)度降低，其變形量很大，有時(shí)甚至占總?cè)渥冏冃瘟康囊话耄@是蠕變變形的重要特點(diǎn)之一。,28,鑒于蠕變變形是涉及晶體內(nèi)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)、晶界變形、原子擴(kuò)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(jī)制。 (1) 位錯(cuò)滑移蠕變機(jī)理 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(cuò)可以克服某些障礙得以運(yùn)動(dòng)（可動(dòng)性提高），能繼續(xù)產(chǎn)生塑性變形。位錯(cuò)的熱激活方式有：刃型位錯(cuò)的攀移、螺型位錯(cuò)的交滑移、位錯(cuò)環(huán)的分解等。,29,刃型位錯(cuò)克服障礙的幾種模型：,被塞積

13、的位錯(cuò)減少，位錯(cuò)源可重新開動(dòng)，位錯(cuò)得以增殖運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生蠕變變形。,30,蠕變第 I 階段：開始變形時(shí)位錯(cuò)及其運(yùn)動(dòng)障礙較少，易于滑移，蠕變速度較快。但隨著變形不斷進(jìn)行，位錯(cuò)密度逐漸增大，晶格畸變不斷增加，位錯(cuò)逐漸塞積，造成形變強(qiáng)化。蠕變變形逐漸產(chǎn)生的形變硬化，使可動(dòng)位錯(cuò)不斷漸少、位錯(cuò)源開動(dòng)的阻力和位錯(cuò)滑動(dòng)的阻力逐漸增大，致使蠕變速率不斷降低。另一方面，在高溫作用下，位錯(cuò)雖可進(jìn)行交滑移、通過攀移形成亞晶而產(chǎn)生回復(fù)軟化，但位錯(cuò)攀移的驅(qū)動(dòng)力來自晶格畸變能的降低。而在蠕變初期，由于晶格畸變能小，致使回復(fù)軟化過程不明顯。因此，這一階段的形變強(qiáng)化效應(yīng)超過回復(fù)軟化效應(yīng)，使蠕變速度不斷降低 ，形成了減速蠕變階段。

14、,31,蠕變的第 階段：由于位錯(cuò)滑移產(chǎn)生的形變硬化不斷發(fā)展，促進(jìn)了位錯(cuò)交滑移、攀移等動(dòng)態(tài)回復(fù)的軟化效應(yīng)不斷加強(qiáng)。當(dāng)形變硬化和回復(fù)軟化達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，蠕變速率遂為一常數(shù)，因此形成了恒速蠕變階段。 蠕變的第 階段：空洞（可從第二階段形成）長大、連接形成裂紋而迅速擴(kuò)展，致使蠕變速度加快，直至裂紋達(dá)到臨界尺寸而產(chǎn)生蠕變斷裂。,32,（2）擴(kuò)散蠕變機(jī)理,在較高溫度下，原子和空位可以發(fā)生熱激活擴(kuò)散，在不受外力的情況下，它們的擴(kuò)散是隨機(jī)的，在宏觀上沒有表現(xiàn)。（趨于平衡態(tài)） 但在高溫時(shí)有外力作用下，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同的勢能，它們會(huì)由高勢能位向低勢能位進(jìn)行定向擴(kuò)散(應(yīng)力誘導(dǎo)

15、)。（與取向有關(guān)）,33,擴(kuò)散蠕變機(jī)理示意圖,拉應(yīng)力作用下：,晶界上的空位勢能發(fā)生變化，垂直于拉應(yīng)力軸的晶界(圖中A、B晶界)處于高勢能態(tài)，平行于拉應(yīng)力軸的晶界(圖中C、D晶界)處于低勢能態(tài)。導(dǎo)致空位由勢能高的A、B晶界向勢能低的C、D晶界擴(kuò)散。 空位的擴(kuò)散引起原子向相反的方向擴(kuò)散，從而引起晶粒沿拉伸軸方向伸長，垂直于拉伸軸方向收縮，致使晶體產(chǎn)生蠕變變形。,34,（3）晶界滑動(dòng)蠕變機(jī)理,晶界在外力作用下，會(huì)發(fā)生相對滑動(dòng)變形，但在常溫下晶界變形極不明顯，可以忽略不計(jì)。 在高溫蠕變條件下，由于晶界強(qiáng)度降低，晶界的相對滑動(dòng)引起的變形量很大，有時(shí)甚至占總?cè)渥冏冃瘟康囊话?，從而產(chǎn)生明顯的蠕變變形。,35

16、,晶界滑動(dòng)示意圖,晶格畸變區(qū),晶粒1,晶粒2,晶粒1,晶粒2,36,晶界變形-晶界滑動(dòng)和遷移,37,晶界的變形是由晶界的滑動(dòng)和遷移交替進(jìn)行的過程。 晶界的滑動(dòng)對變形產(chǎn)生直接的影響，晶界的遷移雖不提供變形量，但它能消除由于晶界滑動(dòng)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(dòng)創(chuàng)造條件。 因此，可以認(rèn)為晶界滑動(dòng)是硬化過程，而晶界遷移是軟化過程。,38,8.3.2 蠕變斷裂機(jī)理,不含裂紋的高溫構(gòu)件，在高溫長期服役過程中，由于蠕變裂紋相對均勻地在構(gòu)件內(nèi)部萌生和擴(kuò)展，最終在應(yīng)力和溫度共同作用下導(dǎo)致斷裂；原來就存在裂紋或類似裂紋的缺陷的高溫工程構(gòu)件中，其斷裂則由主裂紋的擴(kuò)展所致。 蠕變斷裂是與蠕變變形的

17、第2階段相關(guān)的。此時(shí)材料中已產(chǎn)生空洞、裂紋等。 在裂紋成核和擴(kuò)展過程中，晶界滑動(dòng)引起的應(yīng)力集中與空位的擴(kuò)散起著重要作用。,39,斷裂方式：晶間斷裂是蠕變斷裂的普遍形式，高溫低應(yīng)力下情況更是如此。 等強(qiáng)溫度： 晶界和晶內(nèi)強(qiáng)度相等的溫度。 因?yàn)闇囟壬撸嗑w晶內(nèi) 及晶界強(qiáng)度都隨之降低，但后者 降低速率更快，造成高溫下晶界 的相對強(qiáng)度較低的緣故。隨應(yīng)變速度下降，等強(qiáng)溫度降低，從而使晶界斷裂傾向增大。,40,兩種晶界斷裂模型：,晶界滑動(dòng)和應(yīng)力集中模型 在蠕變溫度下，持 續(xù)的恒載將導(dǎo)致位于最 大切應(yīng)力方向的晶界滑 動(dòng)，這種滑動(dòng)必然在三 晶粒交界處形成應(yīng)力集 中，如果這種應(yīng)力集中 不能被滑動(dòng)晶界前方晶

18、粒的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(qiáng)度時(shí)，在三晶粒交界處必然發(fā)生開裂，形成楔形空洞或裂紋。,楔形空洞形成示意圖 （高應(yīng)力和較低溫度 ）,41,曲折晶界和夾雜物處空洞形成:,晶界滑動(dòng)和晶內(nèi)滑移可能在晶界形成交截，使晶界曲折，曲折的晶界和晶界夾雜物阻礙了晶界的滑動(dòng)，引起應(yīng)力集中，導(dǎo)致空洞形成。,42,空位聚集模型,在垂直于拉應(yīng) 力的那些晶界上， 當(dāng)應(yīng)力水平超過臨 界值時(shí)，空位自周 圍晶界及晶內(nèi)向受 拉晶界擴(kuò)散、聚集 而萌生空洞，空洞 核心一旦形成，在 應(yīng)力作用下，空位 由晶內(nèi)和沿晶界繼 續(xù)向空洞處擴(kuò)散， 使空洞長大并互相連接形成裂紋。裂紋形成后，隨時(shí)間延長，裂紋不斷擴(kuò)展，達(dá)到

19、臨界值后，材料發(fā)生蠕變斷裂。,空位聚集形成空洞示意圖 （較低應(yīng)力和較高溫度）,43,綜上，以上兩種機(jī)制都要經(jīng)歷空洞穩(wěn)定長大而形成微裂紋到裂紋不穩(wěn)定擴(kuò)展而斷裂的過程。并且，在不同的應(yīng)力和溫度下，兩種機(jī)制占有不同的主導(dǎo)地位。一般地，晶界滑動(dòng)機(jī)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；而空位聚集機(jī)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。,44,溫度對斷裂機(jī)制的影響,溫度低時(shí)，金屬材料通常發(fā)生滑移引起的解理斷裂或晶間斷裂，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)生整體屈服后再斷裂，斷裂應(yīng)變一般也不會(huì)超過 10。 溫度高于韌脆轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，斷裂方式從脆性解理

20、和晶間斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)轫g性穿晶斷裂。它通常是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，斷口的典型特征是韌窩。,45,應(yīng)力高時(shí)，由空洞長大的斷裂方式會(huì)瞬時(shí)發(fā)生，“不屬于” 蠕變斷裂； 應(yīng)力較低(溫度相對較高)時(shí)，空洞由于緩慢蠕變而長大，最終導(dǎo)致蠕變斷裂。這種斷裂往往伴隨有較大的斷裂應(yīng)變。,應(yīng)力對斷裂機(jī)制的影響,46,較低應(yīng)力和較高溫度下，通過在晶界空位聚集形成空洞和空洞長大的方式發(fā)生晶界蠕變斷裂； 這種斷裂是由擴(kuò)散控制的，低溫下由空位擴(kuò)散導(dǎo)致的這種斷裂過程十分緩慢，實(shí)際上難以觀察到最終斷裂的發(fā)生。,47,高溫高應(yīng)力下，在強(qiáng)烈變形部位將迅速發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶，晶界能夠通過擴(kuò)散發(fā)生遷移，即使在晶界

21、上形成空洞，空洞也難以繼續(xù)長大，因?yàn)榭斩吹拈L大主要是依靠空位沿晶界不斷向空洞處擴(kuò)散的方式完成的，而晶界的遷移能夠終止空位沿晶界的擴(kuò)散，結(jié)果蠕變斷裂以類似于試樣被拉斷的“頸縮”的方式進(jìn)行。（材料塑化）,48,金屬材料蠕變斷裂斷口的特征,宏觀特征： 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)龜裂現(xiàn)象；二是由于高溫氧化，斷口表面往往被一層氧化膜所覆蓋。 微觀特征： 主要是冰糖狀花樣的沿晶斷裂。,49,8.4 影響蠕變性能的主要因素, 根據(jù)蠕變變形和斷裂機(jī)制可知，要降低蠕變速度、提高蠕變極限，必須控制位錯(cuò)攀移的速度；要提高斷裂抗力，即提高持久強(qiáng)度，必須抑制晶界滑動(dòng)、強(qiáng)化晶

22、界，亦即要控制晶內(nèi)和晶界的擴(kuò)散過程。 一般地，蠕變是發(fā)生在一定的溫度、應(yīng)力條件下，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)等內(nèi)在因素，而且也受應(yīng)力、溫度等外來因素的影響。,50,8.4.1 內(nèi)在因素 （1）化學(xué)成分的影響 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，蠕變極限、持久強(qiáng)度就高。 設(shè)計(jì)耐熱鋼及耐熱合金時(shí)，一般選用熔點(diǎn)高（原子結(jié)合力強(qiáng)）、自擴(kuò)散激活能大（擴(kuò)散困難）和層錯(cuò)能低的元素及合金。 常用合金元素有： Cr、W、Mo、Nb、V、B、,51,原因：,1）熔點(diǎn)愈高的金屬原子結(jié)合力愈強(qiáng)，自擴(kuò)散激活能愈大，因而自擴(kuò)散愈慢，位錯(cuò)攀移阻力愈大

23、 ； 2）如果熔點(diǎn)相同但晶體結(jié)構(gòu)不同，則自擴(kuò)散激活能愈高者，擴(kuò)散愈慢； 3）層錯(cuò)能愈低的金屬愈易產(chǎn)生擴(kuò)展位錯(cuò)，使位錯(cuò)難以產(chǎn)生割階、交滑移和攀移。這些都有利于降低蠕變速率。 4）體心立方晶體的自擴(kuò)散系數(shù)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，其高溫強(qiáng)度比體心立方結(jié)構(gòu)的高。,52,在金屬基體中加入鉻、鉑、鎢、鈮等形成單相固溶體，除產(chǎn)生固溶強(qiáng)化作用外，還因?yàn)楹辖鹪厥箤渝e(cuò)能降低，易形成擴(kuò)展位錯(cuò)，且溶質(zhì)原子與溶劑原子的結(jié)合力較強(qiáng)，增大了擴(kuò)散激活能，從而提高了蠕變極限； 形成彌散相的合金元素，則由于彌散相能強(qiáng)烈阻礙位錯(cuò)的滑移，提高高溫強(qiáng)度。彌散相粒子硬度高、彌散度大、穩(wěn)定性高，則強(qiáng)化作用好； 硼、稀土等增加晶界激活能的元素，則既能阻礙晶界滑動(dòng)，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(qiáng)度是很有效的。,53,（2）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)，從而改變熱激活運(yùn)動(dòng)的難易程度。 如珠光體耐熱鋼，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體中；回火溫度應(yīng)高于使用溫度100150以上，以提高其在使用溫度下的組織穩(wěn)定性。如奧氏體耐熱鋼或合金一般進(jìn)行固溶處理和時(shí)效，改善強(qiáng)化相的分布狀態(tài)，并使之得到適當(dāng)?shù)木Я６龋?在固溶處理后再進(jìn)行一次中間處理，使合金的碳化物沿晶界呈斷續(xù)鏈狀析出，可使持