金属高温力学性能
金属材料在高温环境下的形变与损伤研究
金属材料在高温环境下的形变与损伤研究近年来，随着科技的不断进步，人类对于金属材料在高温环境下的行为与损伤机理的研究越来越深入。
这项研究在航空航天、能源、汽车等领域具有非常重要的应用价值。
一般来说，高温环境下金属材料的形变和损伤主要表现为以下几个方面。
首先是拉伸性质的变化。
金属材料在高温环境下，其抗拉强度、屈服强度、塑性和延伸性等机械性能会随着温度的升高而下降。
这是因为高温会使材料的晶格结构发生变化，热膨胀系数增大，材料的原子和离子的能量随时在相互变化，而后者最主要地表现为在高温和其他应力条件下发生的晶格滑移、断裂等形变劣化机制。
其次是疲劳性能的恶化。
许多金属材料在高温环境下和疲劳负荷作用下很难长期保持固定的力学性能，因此疲劳强度、容忍度和寿命都会受到明显的影响。
再次是高温环境下引起材料氧化、腐蚀和熔化等化学反应。
这些反应会直接影响材料的物理和力学性质，因此对于这些损伤机制的研究非常重要。
最后是材料的微观结构的变化。
高温环境下，金属材料的晶体粒度大小、界面能量等微观特性会发生变化，从而影响材料的力学性能。
针对以上几个变化方面，目前的研究主要集中在以下几个方面。
首先是金属材料在高温下的力学性能和微观特性的表征。
通过一系列实验方法如拉伸、扭曲、压缩等来测试材料的力学性能，从而研究材料的形变规律，这些实验数据通常需要借助复杂的数学模型进行处理和分析，求得材料的力学性能指标。
其次是针对金属材料在高温环境下的腐蚀、氧化等问题的研究。
主要是通过一系列化学分析手段来表征材料的表面腐蚀等现象，了解材料在高温环境下不同元素对金属材料的损伤机理。
最后是关注金属材料的微观结构和物理性质变化。
主要是采用高分辨电镜、X 射线衍射以及近代材料计算力学和材料学等多种先进技术，加深对材料界面能量和晶体弹性、塑性变形、微观断裂和晶间疏松等微观特性的认识，在损伤破坏的基础上设计新型材料。
总的来说，金属材料在高温环境下的形变与损伤研究是一个非常复杂和系统的工程，需要结合多个学科的知识与技术手段来进行。
材料高温条件下的力学性能总结-精品
材料高温条件下的力学性能总结1概述高温下金属及合金中出现的扩散、回复、再结晶等现象，会使其组织发生变化。
金属材料长时间暴露在高温下，也会使其性能受到破坏。
在高压蒸汽锅炉、汽轮机、柴油机、航空发动机、化工设备中高温高压管道等设备中，很多机件长期在高温下服役。
对于这类机件的材料，只考虑常温短时静载时的力学性能还不够。
如化工设备中高温高压管道，虽然承受的应力小于该工作温度下材料的屈服强度，但在长期使用过程中会产生连续的塑性变形，使管径逐步增大，甚至会导致管道破裂。
温度的“高”或“低”是相对该金属的熔点来讲的，一般采用约比温度T/Tm（Tm表示材料熔点），T/Tm>0.TO.5,则算是高温。
民用机接近1500℃,军用机在2000℃左右，航天器的局部工作温2500℃2影响因素温度对材料的力学性能影响很大。
在高温下载荷持续时间对力学性能也有很大影响。
材料的高温力学性能W室温力学性能，一般随温度升高，金属材料的强度降低而塑性增加。
载荷持续时间的影响：o〈os,长期使用过程中，会产生蠕变，可能最终导致断裂；随载荷持续时间的延长，高温下钢的抗拉强度降低；在高温短时拉伸时，材料的塑性增加；但在长时载荷作用下，金属材料的塑性却显著降低，缺口敏感性增加，往往呈现脆性断裂；温度和时间的联合作用还影响材料的断裂路径。
温度升高时，晶粒强度和晶界强度均会降低，但是由于晶界上原子排列不规则，扩散容易通过晶界进行，因此，晶界强度下降较快。
晶粒与晶界两者强度相等的温度称为“等强温度”TE。
当材料在TE以上工作时，材料的断裂方式由常见的穿晶断裂过渡到晶间断裂。
材料的TE不是固定不变的，变形速率对它有较大影响。
因晶界强度对形变速率敏感性比晶粒大得多，因此TE随变形速度增加而升高。
综上所述，研究材料在高温下的力学性能，必须加入温度和时间两个因素。
金属材料的高温力学性能
金属材料的高温力学性能金属材料是人类使用历史最长、应用最广泛的材料之一，它们具有优异的物理、化学、机械性能，被广泛应用于航空、航天、能源、交通等各个领域。
然而，金属材料在高温环境下的性能往往会发生改变，这是由于高温下金属原子的热振荡增强、晶格缺陷数量增加、化学反应加剧等因素所引起的。
因此，研究金属材料在高温下的力学性能至关重要。
一、高温下的材料微观结构演化高温下的金属材料，由于温度升高，原子热振荡幅度增大，晶体缺陷数量增多，导致材料的微观结构发生变化。
这些变化可能包括晶界迁移、堆垛错的生成或消除、晶体内部的位错增生等。
晶界是晶体中不同晶粒之间的界面，它们对材料的力学性质有重要影响。
在高温下，晶界可以通过晶界迁移的方式发生变化，导致晶界能量状态的变化。
此外，晶界周围的原子往往富集了一定的缺陷，如间隙位错和堆垛错，它们的运动和相互作用也会影响晶界的状态和材料的性能。
堆垛错是晶体内的一种结构缺陷，它由两个错排面的夹层形成，每个面上原子的相对位错是相同的。
在高温下，由于材料中原子的位移不断增加，堆垛错很容易形成或消除。
其运动和移动方式也会对材料的塑性和损伤机制产生影响。
位错是晶体中一种线性缺陷，它是原子排列不完整或存在错位引起的，具有一定的移动和滑移性质。
在高温下，位错的数量会增加，位错的移动会产生变形，从而影响材料的塑性和损伤行为。
二、高温下的材料力学性能高温下，金属材料的力学性能会发生变化，如强度、延展性、断裂韧性等性质均可能发生变化。
强度是指材料承受外力时的抗拉、抗压、抗弯等能力。
在高温下，金属材料的强度往往会降低，这是由于高温下原子位移的增加、晶界的变化、位错的运动等因素所致。
延展性是指材料在拉伸或压缩过程中发生形变的能力。
在高温下，金属材料的延展性往往会增加，因为高温下原子的位移增强，晶体缺陷的数量增多，使得位错滑移和塑性变形更容易发生。
断裂韧性是指材料在受到外力时发生裂纹扩展的能力。
在高温下，金属材料的断裂韧性往往会减小，因为高温下材料的位移增强，裂纹扩展较容易发生，从而导致断裂韧性的下降。
8金属高温力学性能
T>0.4~0.5Tm；高分子。 蠕变：材料(金属)在长时间的恒温、恒载荷
作用下缓慢地产生塑性变形的现象。(注意 与应力松驰的区别) 蠕变断裂：由蠕变变形导致的材料的断裂。
二、蠕变曲线
蠕变速率 d
dt
减速蠕变阶段，开始大，逐渐减速； 恒速蠕变阶段，速度几乎保持不变； 加速蠕变阶段，逐渐增大，最后产生断裂。
1、抗氧化性 2、抗生长性 3、热强性 材料在高温、长时间和应力的作用下，抵
抗变形和断裂的能力。 包括：持久强度、蠕变强度、高温疲劳强
度、高温硬度等。
二、影响高温强度的因素
σb=f(T，τ，v) 1、温度 (1) 强度下降：蠕变现象；强度与时间有关系。 (2) 塑性下降：高温短时载荷作用下，塑性升高；
8 金属高温力学性能
锅炉、汽轮机、发动机、飞船的外壳等， 长期在高温情况下工作。
对材料的高温性能有一定或特别的要求。 高温服役：研究应力、应变、温度与时间
的关系。 温度的高低，是相对金属的熔点而言，故
采用约比温度：Trg=T/Tm(单位为K)。 Trg>0.5，高温；Trg<0.5，低温。
一、常见的高温性能
晶格阻力 (2) 显微组织 晶粒度适当加大；结构复杂的第二相，并形成网
状骨架； 2、提高冶炼质量和采取热处理 减少低熔点夹杂物；晶内形成多边化的亚晶界(热
处理后)。
8.4 其它高温力学性能
一、高温短时拉伸性能 高温短时拉伸试验主要是测定金属材料在高于室
温时的抗拉强度、屈服强度、伸长率和断面收缩 率等性能指标。 二、高温硬度 工具材料(红硬性)，高温轴承。 测高温硬度的压头。 载荷不宜过大，并需根据试验温度的高低改变载 荷大小，以保证压痕清晰和完整。
金属高温力学性能
对于不同金属材料或同种材料经过不同的热 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;松弛稳定性越好
例如：20Cr1Mo1V1钢广泛应用于气轮机 燃 气轮机紧固件;经过不同的热处理工艺正火 油淬＋ 回火后的应力松弛曲线初始应力σ0＝300MPa如图 所示 可见;正火工艺的剩余应力高;说明其具有较好 的应力松弛稳定性
第八章 金属高温力学性能
在高压蒸汽锅炉 汽轮机 柴油机 航空发动机等 设备中;很多机件长期在高温下服役 对于这类机件 的材料;只考虑常温短时静载时的力学性能是不够 的
如化工设备中高温高压管道;虽然承受的应力 小于该工作温度下材料的屈服强度;但在长期使用 过程中会产生连续的塑性变形;即蠕变现象;使管径 逐步增大;甚至会导致管道破裂
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三 断口特征
1 宏观特征 1 断口附近产生塑性变形;在变形区附近有很 多裂纹断裂机件表面出现龟裂现象； 2 由于高温氧化;断口表面被一层氧化膜所覆 盖 2 微观特征 冰糖状花样的沿晶断裂
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§83 高温力学性能指标及其影响因素 一 蠕变极限 为了保证高温长时载荷作用下的机件不会产生 过量蠕变;要求金属材料具有一定的蠕变极限 1 定义 是材料在高温长时载荷作用下的塑性变形抗力 指标
7
同一材料的蠕变曲线随着温度高低及应力的 大小而有不同 如图所示
应力较小 温度较低时：蠕变的恒速蠕变阶段 持续时间长;甚至不出现加速蠕变阶段；
应力较大 温度较高时：蠕变恒速蠕变阶段持 续时间短;甚至消失;试样在短时间内断裂;主要为 加速蠕变
8
应力松弛 由于金属在长时高温载荷下会产生蠕变现象; 对于在高温下工作 依靠原始弹性变形获得工作应 力的机件;如高温管道内用的螺栓等;随时间的延长; 在总变形量不变的前提下;弹性变形变为塑性变形; 从而使工作应力降低;导致失效
高温下钢材力学性能的分析与计算
高温下钢材力学性能的分析与计算一、引言随着经济的快速发展和产业结构的调整，钢材作为一种重要的工业材料，扮演着重要的角色。
然而，在高温下，钢材的力学性能会发生很大的变化，这会影响到工程的安全和可靠性。
因此，钢材在高温下的力学性能分析和计算十分重要。
二、高温下钢材力学性能的变化钢材在高温下，其力学性能会发生很大的变化。
其中，最直观的是其强度和模量的变化。
在高温下，钢材的强度会不断下降，而模量则会不断增加。
同时，钢材的延展性和韧性也会随着温度的升高而下降。
除了这些基本的力学性能变化外，高温下的钢材还会发生很多复杂的变化。
例如，温度的升高会导致钢材的组织结构发生变化，从而影响到材料的各种力学性能。
同时，温度的升高也会促进钢材表面的氧化反应，进一步影响到其性能。
三、高温下钢材力学性能的分析方法为了分析钢材在高温下的力学性能，需要采用一系列的分析方法。
其中，最常用的方法是有限元法。
有限元法是一种基于离散化的数值分析方法，可以用来模拟复杂的工程结构的力学行为。
在高温下，有限元法通常可以用来模拟钢材在不同温度下的强度、变形和疲劳性能。
另外，还有一些其他的分析方法可以用来研究高温下钢材的力学性能。
例如，动态力学分析方法可用于研究高温下的冲击和振动行为。
声学分析方法可用于研究钢材在高温下的声传播特性。
四、高温下钢材力学性能的计算方法除了分析方法外，还需要采用一些计算方法来计算钢材在高温下的力学性能。
其中，最常用的方法是基于热力学和热力学相图的计算方法。
这种方法可以用来计算钢材在不同温度下的相变和组织结构变化，从而进一步预测材料的力学性能。
另外，还有一些其他的计算方法可以用来研究高温下钢材的力学性能。
例如，基于分子动力学的计算方法可用于研究钢材微观结构的变化和演化。
计算流体力学方法可用于研究高温下的材料流动性质、能量传输和反应动力学等。
五、结论高温下钢材力学性能的分析和计算是非常重要的。
这种分析和计算可以帮助工程师和科学家更好地理解钢材在高温下的行为，并提出更加有效的安全措施。
高温对三种常用金属力学性能的影响
高温对三种常用金属力学性能的影响摘要：镍合金和可伐合金是工程应用中常用的金属，被广泛应用于各种特殊工艺。
本文选取GH4145、N07718和4J29三种牌号的金属材料，测试其在1000℃高温前后力学性能的变化。
通过棒状标准试验件的拉伸试验，得到实验前后三种材料的性能变化规律：GH4145高温处理后的抗拉强度衰减“5%-10%左右”，硬度降低4.8%；N07718高温处理后的抗拉强度衰减“10%-20%左右”，硬度降低18%；4J29高温处理后的抗拉强度衰减“30%-35%左右”，硬度降低28.8%。
关键词：金属材料、力学性能、拉伸试验1.引言镍基高温合金和可伐合金作为先进的结构材料，广泛应用于航空、航天领域，也是石油化工、火电核电、节能环保等多领域重大制造的关键材料[1-3]。
根据标准《ASTM B637-18高温合金件》中的规定，GH4145材料的固溶温度为982℃，时效温度为732℃，1000℃作为绝大多数工艺的极限温度会直接影响该材料的性能，因此需要进行验证；根据标准《ASTM B637-03 高温合金棒、锻件》中的规定，924℃—1000℃为N07718材料的固溶退火温度，因此1000℃也会影响N07718材料的力学性能，此外1000℃也可能对4J29产生影响。
因此，对三种材料的进一步研究，对其在实际生产中的应用具有重要意义。
2.标准件的拉伸试验本实验采用标准棒状实验件进行拉伸试验，GH4145和 N07718选用固溶+时效的材料状态，4J29选用H态的材料状态。
在进行实验之前，需要对来料进行检验，其中关键部位的粗糙度以及加工精度是重点检验部位，包装也采用独立包装，避免运输过程中的磕碰及损伤。
材料的强度和硬度存在相对应的关系，因此测试数据的准确性也需要进行验证。
随机选择三件不同材料的棒状实验件，按照标准对棒状标准件进行检验，保证其符合接收标准，其材料性能标准如下所示。
表2-1各材料力学性能标准3.数据分析本实验在特殊设备中进行，温度为1000℃，实验时间10小时，棒状实验件高温前后对比图如图所示3-1所示。
高温对金属材料性能影响实验
高温对金属材料性能影响实验摘要：本实验旨在研究高温对金属材料性能的影响。
通过将金属样本暴露在高温环境下，测定不同温度下金属材料的力学性能、热膨胀系数以及晶体结构的变化。
实验结果表明，高温对金属材料的强度、硬度和热膨胀系数都有显著影响。
1. 引言金属是常见的工程材料，广泛应用于航天、汽车、建筑等领域。
然而，在高温环境下，金属的性能可能会受到严重的影响。
因此，研究高温对金属材料性能的影响对于材料工程的发展至关重要。
2. 实验目的本实验的目的是通过将金属样本暴露在高温环境下，研究高温对金属材料性能的影响。
具体包括力学性能（如强度和硬度）、热膨胀系数以及晶体结构的变化。
3. 实验步骤和方法(1) 准备金属样本：选择常见的金属材料样本，如铜、铁、铝等，并根据需要切割成标准尺寸的试样。
(2) 预热金属样本：将金属样本放入恒温箱中，调节温度至所需高温条件，保持一定时间使样本均匀受热。
(3) 测定力学性能：使用万能试验机对金属样本进行拉伸试验，测量其抗拉强度、屈服强度和延伸率等力学性能指标。
(4) 测定硬度：使用洛氏硬度计或维氏硬度计，对金属样本进行硬度测试，测定其硬度值。
(5) 测定热膨胀系数：使用热膨胀系数测定仪测量金属样本在高温下的长度变化，计算出其热膨胀系数。
(6) 分析晶体结构变化：使用X射线衍射仪或扫描电子显微镜（SEM）观察金属样本的晶体结构变化，分析高温对晶体结构的影响。
4. 实验结果与讨论通过对不同金属样本进行高温处理后，得到以下实验结果：(1) 力学性能：金属样本在高温下的抗拉强度、屈服强度和延伸率均呈现不同程度的下降。
高温使金属材料的晶粒尺寸增大，晶界迁移，导致金属变得更加脆性。
(2) 硬度：高温对金属材料的硬度也有影响，一般情况下，高温下金属的硬度会降低。
(3) 热膨胀系数：金属材料的热膨胀系数是描述其在温度变化下体积或长度变化的重要指标。
实验结果表明，高温会使金属的热膨胀系数增大。
(4) 晶体结构变化：高温下，金属的晶体结构可能发生相变或晶粒长大，导致材料的物理性能发生变化。
金属材料在高温下的力学性能
金属材料在高温下的力学性能随着科技的不断发展，高温下的金属材料应用越来越广泛。
在航天、能源等领域中，机器和设备都需要承受高温环境带来的极大影响。
因此，研究金属材料在高温下的力学性能至关重要。
本文将从金属材料的高温本质讲起，通过分析金属的结构、组成和变形规律等方面探讨金属在高温下的力学性能，以及解决这些问题的一些方法。
1. 高温环境对金属材料的影响首先，我们需要了解高温环境对金属材料的影响。
高温环境下，金属会受到温度、氧化等外部条件的影响产生变化。
一些金属会因为氧化，产生表面膜，从而影响其力学性能。
另一些金属则可以利用氧化程度较低的方法来保护金属表面。
但是，这些方法都不能完全避免在高温下金属表面的变化，因此，高温下金属材料的力学性能是一个值得研究的问题。
2. 金属材料在高温下的变形规律金属材料在高温下的变形规律实际上是由金属晶体的结构、组成和行为而决定的。
每个晶体需要经历一系列复杂的形变过程，在高温下，本身就带有热能，所以这些过程会变得更加复杂和困难。
随着温度的升高，这些晶体会经历多种形变之后，最终形成微观结构的变化和塑性形变。
这其中涉及到了很多的数学模型和科学方法，为了更好地探讨这些问题，需要发展出更加高效和精确的数学模型和科学方法。
3. 解决高温下金属材料的力学性能问题的方法针对金属材料在高温下的力学性能问题，科学家们进行了大量的研究。
解决这些问题的方法主要有以下几种：（1）利用结晶学的理论研究金属材料的微观结构和组成，从而更好地理解其形变和塑性形变过程，寻找最优化的处理方法，提高金属材料的强度和韧性。
（2）使用先进的计算机模拟方法，模拟金属材料在高温下的变形和变化过程，从而可以更加准确地预测和分析不同金属材料的力学性能。
（3）在工程中应用高强度、高韧性和高温抗性的金属合金材料，通过改变其组成和结构，优化其力学性能，提高其抗损耗性和耐蚀性。
（4）开展一些新的研究工作，寻找新的材料和技术，来解决金属材料在高温下的力学性能问题，包括超高温合金研究等。
金属材料的高温力学性能
应力和蠕变速率关系式取对数 lg lg A n lg
只能外推一个数量级：组织不稳定，第二相析出、长大或溶解
4）持久强度与持久塑性
a） 持久强度：在一定的温度和规定时间内，不发生蠕变断
裂的最大应力，记为
T t
例如：
600 100断裂的抗力；选材依据
• 温度、在高温下载荷持续的时间对材料的力学性能影 响很大。
• 如化工设备中高温高压管道，虽然承受的应力小于该 工作温度下材料的屈服强度，但在长期使用过程中会 产生连续的塑性变形，即蠕变现象，使管径逐步增大， 如果选材、使用不当，会导致管道破裂。
12/10/2020
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• 在高温短时载荷作用下，金属材料塑性增加。
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2）影响蠕变过程的参数 温度和应力
应力较小、温度较低时：蠕变的恒速蠕变阶段持续时间长，甚 至不出现加速蠕变阶段；
应力较大、温度较高时：蠕变恒速蠕变阶段持续时间短，甚至 消失，试样在短时间内断裂，主要为加速蠕变。
3）蠕变极限
a）定义：在规定的温度和时间内，达到规定蠕变变形量或 蠕变速度时所能承受的最大应力。
1. 位错克服障碍的能力加强，形式也有变化 交滑移或攀移的方式越过障碍
2. 新的滑移系开动 Al出现{100}<100>和{211}<110>滑移系
3. 新的变形机制 晶界强度低于晶内强度并参与变形
一、 金属的蠕变与持久
1. 蠕变、蠕变极限及持久强度 1）高温蠕变曲线及其测定
蠕变：金属在恒温、恒应力 作用下，随时间变化，缓慢 产生塑性变形的现象
e）持久塑性： 用试样断裂后的延伸率和断面收缩率来表示 反映材料在高温长时作用下的塑性性能 蠕变脆性：在短时试验塑性很高，高温长时加载后塑性
高温合金的力学性能研究
高温合金的力学性能研究引言高温合金是一种在高温环境下具有良好力学性能的金属合金，广泛应用于航空航天和能源领域。
本文旨在探讨高温合金的力学性能研究，包括其力学性质、研究方法及应用。
一、高温合金的力学性质1. 抗拉强度和屈服强度高温合金的抗拉强度和屈服强度是评估其力学性能的重要指标。
通过材料力学试验，可以得到高温合金在不同温度下的抗拉强度和屈服强度曲线。
高温合金具有较高的抗拉强度和疲劳强度，适用于高温环境下的结构应用。
2. 韧性高温合金的韧性是指其在受力过程中的塑性变形能力。
韧性是衡量材料抗断裂能力的重要指标。
高温合金的韧性对于耐久性和安全性至关重要。
通过断裂韧性实验，可以评估高温合金的耐久性能。
3. 疲劳强度高温合金在高温环境下长时间受到交替载荷作用时，容易发生疲劳破坏。
研究高温合金的疲劳强度是预测其寿命的关键。
疲劳试验可以模拟实际工况下的循环载荷，用于评估高温合金的疲劳寿命。
二、高温合金力学性能研究方法1. 金相显微镜分析金相显微镜是一种常见的高温合金力学性能研究方法。
通过金相显微镜观察高温合金的显微组织，可以了解材料的晶粒尺寸、相分布情况以及可能存在的缺陷。
金相显微镜分析可以揭示材料的内部结构特征，为后续力学性能研究提供基础数据。
2. 力学性能试验力学性能试验是研究高温合金力学性能的重要手段。
包括抗拉、屈服、硬度、冲击等试验，通过测量材料在不同温度和应力条件下的力学性能参数，可以得到高温合金的力学性能曲线和高温下的强度指标。
3. 数值模拟数值模拟是一种常用的力学性能研究方法，可以通过计算机仿真模拟高温合金受力过程。
通过建立高温合金的数学力学模型，利用有限元分析等数值方法，可以预测材料的力学性能参数、破坏形态和失效机制。
三、高温合金力学性能的应用1. 航空航天领域高温合金在航空航天领域中应用广泛。
由于其良好的力学性能和高温抗氧化能力，高温合金常用于航空发动机涡轮叶片、燃烧室和喷嘴等部件，以提高发动机的性能和可靠性。
8-高温条件下的力学性能-蠕变解析
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二、约比温度
温度的高低，是相对于材料的熔点而言的，一般用“约比温 度(T/Tm)”来描述；以绝对温度K计算。
一般，当T/Tm＞0.5时为高温，反之则为低温。 金属材料：T>0.3-0.4Tm； 陶瓷材料：T>0.4Tm； 高分子材料T>Tg ，Tg 玻璃化温度
0 引言
三、高温对材料力学性能的影响 1）发生蠕变现象 2）强度与载荷作用的时间有关：载荷作用时间越长，引起 变形的抗力越小。 3）材料在高温长时载荷下不仅强度降低，而且塑性也降低。 应变速率越低，作用时间越长，塑性降低越显著，甚 至出现 脆性断裂。 4）与蠕变现象相伴随的还有高温应力松弛
弹性变形引起的蠕变，当载荷去除后，可以发生回复， 称为蠕变回复，这是高分子材料的蠕变与其他材料的不同 之一。
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8.2 蠕变变形与蠕变断裂机理
1.蠕变变形机理 主要有位错滑移、攀移、原子扩散和晶界滑动，对于高分 子材料还有分子链段沿外力的舒展。 (1) 位错滑移、攀移蠕变机理 在常温下，若滑移面上位错运动受阻，产生塞积现象，滑 移便不能进行。 在高温下，由于温度的升高，给原子和空位提供了热激活 的可能，使得位错可以克服某些障碍得以运动，继续产生 塑性变形。
蠕变发展到第三阶段，由于裂
纹迅速扩展，蠕变速度加快。当
裂纹达到临界尺寸便产生蠕变断 裂。
(4) 粘弹性机理 高分子材料在恒定应力的作用下，分子链由卷曲状态逐渐 伸展，发生蠕变变形，这是体系熵值减小的过程 当外力减小或去除后，体系自发地趋向熵值增大的状态，分 子链由伸展状态向卷曲状态回复，表现为高分子材料的蠕变 回复特性。
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8.2 蠕变变形与蠕变断裂机理
图中，虚线--迁移前晶界,实线为迁移后晶界 A-B，B-C,及A-C晶界发生晶界滑移，晶界迁移，三晶 粒的交点由1移至2再移至3点。
金属高温力学性能
t
在规定温度(t)下，使试样在规定时间内产 生的稳态蠕变速率不超过规定值的最大应 力。
t
2、
在规定温度(t)下和规定的时间(τ)内，使试 样产生的蠕变总伸长率(δ)不超过规定值的 最大应力。
二、持久强度极限
定义：高温下载荷长期作用时材料对断裂 的抵抗能力。
表示方法：在一定温度下和规定的持续时 间内引起断裂的最大应力值。
扩散蠕变
这两种蠕变机制之间没有确切的划分界限。
1、位错滑移蠕变
外来热激活能，有利于加强位错的运动(滑 移、攀移、交滑移等)，克服短程障碍。∴ 材料发生塑性变形。 蠕变第一阶段，蠕变变形而产生形变硬化， 蠕变速率↓。也称为“减速蠕变阶段”。 第二阶段：动态回复(软化)，硬化与软化达 到平衡，蠕变速率为一常数。
松驰稳定性：材料抵抗应力松驰的性能。 应力松驰曲线：变形量衡定，加载的应力随时 间延长而降低的曲线。 评定指标：剩余应力(越高，松弛稳定性越好) 应力松弛是蠕变的结果。 剩余应力σsh：任一时间，试样上所保持的应 力。
松驰应力σso：初始应力与剩余应力之差。
四、影响金属高温力学性能的主要因素
加速蠕变阶段，逐渐增大，最后产生断裂。
三、应力和温度对蠕变曲线的影响
应力较小，或温度较低时，第二阶段较长， 第三阶段很短；反之，第二阶段很短，很 快断裂。
8.2 蠕变变形与蠕变断裂机理
一、蠕变变形机理
常温下的变形：滑移、孪生。
高温下的蠕变：滑移和攀移交替进行。
蠕变变形机制：两种
位错滑移蠕变
晶粒度适当加大；结构复杂的第二相，并形成网 状骨架； 减少低熔点夹杂物；晶内形成多边化的亚晶界(热 处理后)。
高温对金属材料力学性能的影响研究
高温对金属材料力学性能的影响研究引言金属材料广泛应用于各个领域，包括航空航天、能源、汽车制造和电子行业等。
然而，在一些极端环境下，例如高温条件下，金属材料的力学性能可能会受到影响。
高温对金属材料的力学性能的研究对于设计和使用金属结构的安全性和可靠性具有重要意义。
本文将探讨高温对金属材料力学性能的影响以及相关研究结果。
高温对金属材料的影响高温会对金属材料的力学性能产生多种影响。
首先，高温会导致金属材料的机械强度降低。
随着温度的升高，材料的原子和晶间距离增加，晶格缺陷数量增多，因此，原子间的结合力减弱，导致材料的强度和硬度下降。
其次，高温还会导致金属材料的塑性变形能力降低。
在高温下，金属材料的晶粒会开始生长，形成大尺寸和相对较少的晶界，这会导致材料的位错运动减慢，从而减少材料的塑性变形。
此外，高温还可能引起金属材料的蠕变，即在常载荷作用下长时间暴露于高温下，材料会逐渐发生塑性变形，导致材料的疲劳寿命缩短。
针对高温对金属材料力学性能的影响，研究人员进行了广泛的实验和数值模拟研究，以深入了解这些影响并提出相应的解决方案。
实验研究通过实验研究，研究人员可以评估金属材料在高温下的力学性能。
常见的实验方法包括高温拉伸、高温疲劳、高温蠕变实验等。
通过这些实验，研究人员可以获得金属材料在高温下的应力-应变曲线、变形行为和破坏机制等物理性质。
同时，通过实验研究，研究人员可以评估不同材料在高温下的耐热性能，找到合适的材料用于高温环境下的应用。
数值模拟研究除了实验研究外，数值模拟也是研究高温对金属材料力学性能的重要方法。
数值模拟可以模拟高温下金属材料的变形行为和破坏机制，同时也可以提前预测材料在高温条件下的性能。
一些常用的数值模拟方法包括有限元分析和分子动力学模拟等。
解决方案针对高温对金属材料力学性能的影响，在工程实践中，研究人员已经提出了一些解决方案。
首先，选择合适的材料非常重要。
在高温条件下，一些特殊合金和陶瓷材料通常具有较好的耐热性能，因此在设计金属结构时可以考虑使用这些材料。
金属高温力学性能
以晶内滑移和晶界滑动方式产生变形。位错刚开 始运动时，障碍较少，蠕变速度较快。随后位错逐渐 塞积、位错密度逐渐增大，晶格畸变不断增加，造成 形变强化。在高温下，位错虽可通过攀移形成亚晶而 产生回复软化，但位错攀移的驱动力来自晶格畸变能 的降低。在蠕变初期由于晶格畸变能较小，所以回复 软化过程不太明显。
t /
总伸长量为1%
500℃
500 1/105
100MPa
100000h
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二、持久强度极限 蠕变极限：高温长期载荷下对塑性变形
的抗力(考虑了变形量)。 持久强度极限：高温长期载荷下对断裂
的抗力(不考虑变形量)，指的是在给定温度t 下，达到规定的持续时间τ而不发生断裂的最 大应力，以MPa表示。
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§8.1 金属的蠕变现象
一、蠕变现象 1、蠕变：金属在长时间的恒温、恒载荷
作用下缓慢地产生塑性变形的现象，称为蠕变。 约比温度T/Tm > 0.3时须考虑。
2、蠕变断裂：由蠕变而最后导致材料的 断裂。
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3、蠕变曲线
图8-2 典型蠕变曲线
蠕变速度： d d
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(1) 第一阶段：减速蠕变阶段
外界提供热激活能促进原子扩散位错持续运动产生了蠕变变82蠕变变形与蠕变断裂机制1637位错滑移蠕变变形时温度升高原子扩散加剧促进位错攀移引起动态回复形成亚晶导致位错运动阻力下降从而可以进一步蠕变变形动态回复起主要作用
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第八章 金属高温力学性能
历史背景： (1) 古代，人们发现悬挂的铅管自身伸长现
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(3) 第三阶段：加速蠕变阶段
《工程材料物理性能(第2版)》 第08章 金属的高温力学性能
以σ t ζ表示。
例如：某高温合金σ600 1×10 3 =30Mpa，表 示该合金在700 ℃下，1000小时的持久 强度极限为30Mpa。
h
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第四节 其它高温力学性能 1.高温短时拉伸性能 2.高温硬度
h
22
h
8
❖ 蠕变第一阶段以晶内滑移和晶界滑动方式产生 变形。位错刚开始运动时，障碍较少，蠕变速 度较快。随后位错逐渐塞积、位错密度逐渐增 大，晶格畸变不断增加，造成形变强化。在高 温下，位错虽可通过攀移形成亚晶而产生回复 软化，但位错攀移的驱动力来自晶格畸变能的 降低。在蠕变初期由于晶格畸变能较小，所以 回复软化过程不太明显。
近有很多裂纹，使断裂机件表面出现龟裂现象；
（2）由于高温氧化，断口往往被一层氧化膜 所覆盖。
4.蠕变断裂断口的微观特征： 主要为冰糖状花样的沿晶断裂形貌。
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（二）蠕变断裂机理
蠕变断裂主要是沿晶断裂。在裂纹成核 和扩展过程中，晶界滑动引起的应力集 中与空位的扩散起着重要作用。由于应 力和温度的不同，裂纹成核有两种类型。
以σ t ζ / δ表示。
如σ 600 1 / δ=10 5=100Mpa，表示材料在500 ℃温度下，105小时后总伸长率为1%的蠕 变极限为100Mpa。
试验时间及蠕变总伸长率的具体数值根 据机件后勤工作时间来规定的。
蠕变极限一般有两种表示方法：
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2.持久强度极限： 高温长时载荷下断裂的抗力。
1.蠕变：金属在长时间的恒温、恒载荷 下缓慢地产生塑性变形的现象。由于这 种变形而最后导致金属材料的断裂称为 蠕变断裂。（蠕变在较低温度下也会发 生，但只有当约比温度大于0.3时才比较 明显。