金属材料强度与温度的关系1

温度和时间对材料力学性能的影响,2,内容,金属材料在高温下的力学行为特点蠕变,3,1.材料在高温下的力学行为特点,在高温条件下材料的变形机制增多，易发生塑性变形，表现为强度降低，形变强化现象减弱，塑性变形增加。强度随温度升高而降低，塑性则随温度升高而增加。材料在高温条件下，承受不同的载荷，其断裂所需的时间也不同。不但断裂所需的时间随着承受的应力增加而缩短，而且断裂的形式也会发生改变。,4,在高温条件下，应变速度对材料的强度也有明显的影响。应变速度越高，材料的强度也越高。尽管室温下应变速度对强度也有影响，但在高温下这种影响要大得多。,5,小结,强度随温度升高而降低，塑性则随温度升高而增加。力学行为及性能与加载持续时间密切相关在高温下即使承受应力小于该温度下的屈服强度，随着承载时间的增加材料也会产生缓慢而连续的塑性变形，即材料将发生蠕变。在高温下随承载时间的增加塑性会显著下降，材料的缺口敏感性增加，断裂往往呈脆断现象。温度影响材料的微观断裂方式。环境介质对材料的腐蚀作用随着温度的升高而加剧，从而影响材料的力学性能。,6,2.蠕变,材料在一定温度、一定应力（即使小于s）作用下，随着时间的增加而缓慢连续产生塑性变形的现象称为蠕变。蠕变在温度较低时也会发生，但只有在温度高于0.3Tf（熔点温度）时才比较明显。引起材料蠕变的应力状态可以是简单的（例如单向拉伸、压缩、弯曲），也可能是复杂的；可以是静态的，也可能是动态的。,7,2.1蠕变曲线的定性分析,蠕变是材料力学性能之一，材料抗蠕变的能力是蠕变强度，用蠕变极限表示。材料抗蠕变断裂的能力用持久强度表示。蠕变极限与持久强度用试验测定，测定出的蠕变曲线可能是恒应力状态，也可能是恒温度状态曲线。无论何种，典型的蠕变曲线都可以分为三个阶段，,8,蠕变曲线,减速蠕变恒速蠕变加速蠕变,减速蠕变：蠕变速率不断减小，是不稳定的蠕变阶段。恒速蠕变：蠕变速率最小，且接近常量，是稳定的蠕变阶段。加速蠕变:蠕变速率又开始加大，是蠕变的加速阶段。,9,10,不同材料在不同条件下得到的蠕变曲线是不同的同一种金属材料蠕变曲线的形状也随应力和温度不同而不同但一般而言，各种蠕变曲线差不多都保持着上述三个组成部分，只是各阶段持续时间长短不一左图表示了温度不变时应力对蠕变曲线的影响，右图表示了应力不变时温度对蠕变曲线的影响。由图可见，应力较小或温度较低时，蠕变第二阶段即稳定蠕变阶段延续很长。反之则第二阶段可能很短甚至消失。这时蠕变只有第一阶段和第三阶段，材料将在短时间内断裂。,11,一种理想的材料，要求它的蠕变曲线具有很小的起始蠕变（蠕变第一阶段）和低的蠕变速度（蠕变第二阶段），以便延长产生1总变形量所需的时间。同时也要有一个明显的第三阶段，可以预示材料的强度正在消失，断裂时有一定的塑性。蠕变是一个包含许多过程的复杂现象。比起室温下的力学性能来材料的蠕变性能对组织结构的变化更为敏感。所以蠕变曲线的形状往往随着材料的组织状态以及蠕变过程中所发生的组织结构变化的不同而不相同。例如在高温下会发生相变的某些合金（如Fe20.5W，Ni25.5Mo等），即使在承受拉伸载荷时，也会由于相变时的体积变化而使试件收缩，形成所谓的“负蠕变现象”。,12,2.2蠕变曲线的定量分析,关于蠕变曲线的表示方式，有用蠕变过程中应变或应变速度与时间的关系来表示，有用应变或应变速度与温度的关系来表示，还有用应变或应变速度与应力的关系来表示。有些表达式可同时表达三个阶段的蠕变规律，有的只表示某阶段的蠕变规律。不同的表示方式可获得不同的关系式，目前应用较广的是应变或应变速度与时间的关系。,13,应力与蠕变速度的关系,研究应力与蠕变速度的关系时多采用恒速蠕变阶段，因为设计时多以第二阶段蠕变速度作为指标。这样可使研究简化，并有明确的工程意义。,14,2.2.3温度与蠕变速