经济学ppt课件

.,第八章,金属高温力学性能,.,概述第一节金属的蠕变现象第二节蠕变变形与蠕变断裂机理第三节金属高温力学性能指标及其影响因素,金属高温力学性能,.,概述,高温下钢的抗拉强度也随载荷持续时间的增长而降低。试验表明，20钢在450时的短时抗拉强度320MPa，当试样承受225MPa的应力时，持续300h便断裂了；如将应力降至115MPa左右，持续10000h也能使试样断裂。在高温短时载荷作用下，金属材料的塑性增加，但在高温长时载荷作用下，塑性却显著降低，缺口敏感性增加，往往呈现脆性断裂现象。此外，温度和时间的联合作用还影响金属材料的断裂路径。,.,.,图81温度和变形速率对金属断裂路径的影响b)变形速率对TE的影响,.,.,第一节金属的蠕变现象,.,.,.,同一种材料的蠕变曲线随应力的大小和温度的高低而不同。在恒定温度下改变应力，或在恒定应力下改变温度，蠕变曲线的变化分别如图83a、b所示。,图83应力和温度对蠕变曲线的影响a)恒定温度下改变应力()b)恒定应力下改变温度（）,.,由图见，当应力较小或温度较低时，蠕变第二阶段持续时间较长，甚至可能不产生第三阶段。相反，当应力较大或温度较高时，蠕变第二阶段便很短，甚至完全消失，试样在很短时间内断裂。,.,.,第二节蠕变变形与蠕变断裂机理,一、蠕变变形机理(一)位错滑移蠕变(二)扩散蠕变二、蠕变断裂机理,.,一、蠕变变形机理,.,.,.,(二)扩散蠕变,.,.,.,图86楔形裂纹形成示意图a)晶界滑动b)楔形裂纹形成,.,图87耐热合金中的楔形裂纹,.,.,.,.,以上两种方式形成裂纹都有空洞萌生过程。可见，晶界空洞对材料在高温下使用温度范围和寿命是至关重要的。裂纹形成后，进一步依靠晶界滑动、空位扩散和空洞连接而扩展，最终导致沿晶断裂。由于蠕变断裂主要在晶界上产生，因此，晶界的形态、晶界上的析出物和杂质偏聚、晶粒大小和晶粒度的均匀性对蠕变断裂均会产生很大影响。,.,.,一、蠕变极限二、持久强度极限三、剩余应力四、影响金属高温力学性能的主要因素,第三节金属高温力学性能指标及其影响因素,.,一、蠕变极限,.,.,.,.,二、持久强度极限,.,对于设计寿命为数百至数千小时的机件，其材料的持久强度极限可以直接用同样的时间进行试验确定。但对于设计寿命为数万以至数十万小时的机件,和蠕变试验相似，一般作出一些应力较大、断裂时间较短(数百至数千小时)的试验数据。将其在lg-lg坐标图上回归成直线，用外推法求出数万以至数十万小时的持久强度极限。图812为12CrlMoV钢在580及600时的持久强度线图。由图可见，试验最长时间为一万小时(实线部分)，但用外推法(虚线部分)可得到十万小时的持久强度极限值。如12CrlMoV钢在580、100000h的持久强度极限为89MPa。,.,图81212CrlMoV钢的持久强度线图,.,.,.,三、剩余应力,剩余应力sh是评定金属材料应力松弛稳定性的指标。对于不同的金属材料或同一材料经不同热处理，在相同试验温度和初始应力下，经规定时间后，剩余应力越高者，其松弛稳定性越好。,.,.,(一)合金化学成分的影响,.,合金中如果含有能形成弥散相的合金元素，则由于弥散相能强烈阻碍位错的滑移，因而是提高高温强度更有效的方法。在合金中添加能增加晶界扩散激活能的元素(如硼、稀土等)，则既能阻碍晶界滑动，又增大晶界裂纹面的表面能，因而对提高蠕变极限，特别是持久强度极限是很有效的。,(二)冶炼工艺的影响各种耐热钢及高温合金对冶炼工艺的要求较高，因为钢中的夹杂物和某些冶金缺陷会使材料的持久强度极限降低。高温合金对杂质元素和气体含量要求更加严格，常存杂质除硫、磷外，还有铅、锡、砷、锑、铋等，即使其含量只有十万分之几，当其在晶界偏聚后，会导致晶界严重弱化，而使热强性急剧降低，并增大蠕变脆性。,.,(三)热处理工艺的影响,.,1、掌握拉伸力-伸长曲线与应力-应变曲线相互转化、变形过程的不同阶段及强度指标；2、掌握金属弹性变形的本质及其影响因素、滞弹性过程、塑性变形方式及指标、金属的断裂类型、解理断裂特征；3、掌握不同硬度的表示方法及含义、缺口效应。4、掌握冲击韧性及其表示方法；5、掌握低温脆性现象、韧脆转变温度及其影响因素；6、掌握线弹性断裂力学分析裂纹的方法及判据；7、掌握应力场强度因子、断裂韧度及其影响因素。8、掌握典型裂纹应力场强度因子计算公式。9、学会对材料进行断裂失效分析。,.,10、掌握金属疲劳现象及断裂特点；11、掌握疲劳裂纹扩展速率曲线及疲劳裂纹扩展门槛值。12、掌握应力腐蚀产生条件、断裂机理、抗力指标；13、掌握氢致延滞断裂与应