金属高温力学性能.
高温合金的热压缩力学性能研究
高温合金的热压缩力学性能研究高温合金是一类具有良好的高温力学性能的金属材料，主要用于高温环境下的热力装备和航空发动机等领域。
热压缩力学性能是评价高温合金性能的重要指标之一，它影响着材料的耐高温蠕变、抗高温氧化、抗疲劳等性能。
本文将围绕着高温合金的热压缩力学性能展开研究。
首先，热压缩性能的研究是评价高温合金材料高温蠕变性能的重要内容。
高温蠕变是指在高温和恶劣环境下，金属材料所发生的塑性变形现象。
研究高温合金的热压缩性能可以了解材料在高温条件下的变形行为、变形机制以及变形速率等。
常用的热压缩试验方法有恒应力热压缩试验和恒应变热压缩试验等。
在研究过程中，可以通过材料的蠕变曲线、蠕变速率曲线和蠕变活化能曲线等来评价其高温蠕变性能。
其次，热压缩性能的研究还可以揭示高温合金在高温条件下的抗氧化性能。
高温环境中的氧化是高温合金的一个主要失效机制，会导致材料性能的降低和寿命的缩短。
研究高温合金的热压缩性能可以通过测量材料的氧化速率、氧化层厚度和氧化物的相组成等来评价其抗氧化性能。
此外，热压缩性能的研究还可以考虑材料中添加合适的合金元素来提高其抗氧化性能，如添加铝、铬和镍等元素。
最后，热压缩性能的研究也与高温合金的抗疲劳性能有关。
高温合金在高温环境中存在应力作用下的疲劳破坏现象，其疲劳寿命是评判材料抗疲劳性能的一个重要指标。
研究高温合金的热压缩性能可以通过测量材料在高温环境下的疲劳曲线和疲劳寿命等来评价其抗疲劳性能。
同时，热压缩性能的研究还可以考虑不同热压缩工艺对高温合金抗疲劳性能的影响，如不同热压缩温度、应力和变形速率等条件下的疲劳行为。
综上所述，高温合金的热压缩力学性能研究在评价材料的高温蠕变性能、抗氧化性能和抗疲劳性能等方面具有重要意义。
通过深入研究高温合金的热压缩性能，可以为材料的优化设计和应用提供科学依据，进一步提高高温合金的性能和寿命。
因此，对高温合金的热压缩力学性能进行探索和研究具有重要的实际意义。
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。
高温合金钢的应变率效应对力学性能的影响
高温合金钢的应变率效应对力学性能的影响高温合金钢是一种具有良好高温性能的金属材料，广泛应用于航空航天、能源、化工等领域。
在高温环境下，高温合金钢会经历复杂的变形过程，其中应变率是一个重要因素，它对其力学性能产生显著影响。
本文将探讨高温合金钢的应变率效应对其力学性能的影响。
首先，我们了解一下高温合金钢的力学性能。
在高温环境下，高温合金钢的强度、塑性、断裂韧性等力学性能都会发生变化。
这些性能的变化直接影响着材料在高温工况下的可靠性和耐久性。
应变率是指材料在受力过程中的变形速度。
材料的变形速度对其力学性能具有显著影响。
在高温环境下，应变率的变化会引起高温合金钢的力学性能产生不同程度的变化。
首先，应变率的提高会导致高温合金钢的强度提高。
应变率的增加使得材料中的位错运动加剧，这会导致晶粒的滑移和塑性形变增多，从而提高了材料的强度。
此外，应变率的提高还会引起晶界和位错运动的增强，增加了材料的阻力，从而进一步提高了材料的强度。
其次，应变率的增大也会导致高温合金钢的塑性降低。
应变率的增加导致晶粒间滑移速率的增大，从而限制了晶粒的再结晶和再结晶晶粒的形成，这会降低材料的塑性。
此外，应变率的增大还会引起位错运动的增多和运动速度的加快，从而增加了位错的交互作用和相互阻碍，限制了材料的塑性变形。
然而，应变率的增大也带来了高温合金钢的断裂韧性的提高。
应变率的增加导致应力集中区域的增多，位错密度增大，这会提高晶界的强化效应，并增加晶粒边界的位错锁扣。
这些效应会抑制材料的裂纹扩展，提高了材料的断裂韧性。
除了以上的影响，应变率对高温合金钢的显微组织也具有重要影响。
在高温环境中，应变率的变化会引起高温合金钢晶界、小角晶界等显微结构的演变。
例如，应变率的增加会诱发晶界细化、晶界偏喜向高密度定向生长，这会进一步影响材料的力学性能。
总结起来，高温合金钢的应变率效应对其力学性能产生显著影响。
应变率的增大可以提高材料的强度和断裂韧性，但会降低塑性。
Q345D钢高温力学性能及凝固特性
摘要低碳低合金钢Q345D具有强度高、韧性高、抗冲击、耐腐蚀等优良特性，因而倍受广泛地应用于各个方面。
，连铸技术因为具有可以大幅提高金属收得率、改善铸坯质量和节约能源等显著优势，因而在生产钢材的各种方法中得到了最为广泛的应用。
本文通过对Q345D钢的高温力学性能热模拟实验及其高温凝固相转变规律的研究，进一步了解该钢种的高温特性，以期为铸坯质量的提高提供理论依据。
对于Q345D高温力学性能的研究主要是通过热模拟试验机模拟金属热变形的整个过程，得到其热变形过程中热强度、热塑性、显微组织以及相变行为并对其进行分析整理总结。
本文通过使用Gleeble-1500D热模拟试验机，对Q345D钢进行高温拉伸实验，获得该钢在800℃~1200℃温度下的屈服强度、抗拉强度及延伸率、断面收缩率等数据。
对以上数据进行分析，可以得出：在800℃~850℃温度区间，随着温度的升高，屈服强度、抗拉强度分别从800℃的39.10MPa、83.61MPa提高到850℃的40.01MPa、93.10MPa；在900℃~1300℃温度区间内，随着温度的升高，其屈服强度和抗拉强度分别从900℃的33.53MPa、91.16MPa降低到1300℃的8.45MPa、19.85MPa。
对于该钢的热塑性，800℃~900℃温度区间内随温度升高，其延伸率、断面收缩率分别从800℃的9.11%、77.7%提高到900℃的23.58%、79.3%升高；在1000℃~1200℃温度区间内，延伸率、断面收缩率变化比较平缓；1200℃以后随温度升高，延伸率、断面收缩率急剧降低，在1300℃时其数值分别为11.75%、48.5%，表明其热塑性下降。
Q345D的高温凝固相转变规律是通过自行研制的可控高温凝固相变实验装置进行的，对于加热到熔化状态下的钢样通过控制冷速冷却到不同温度，然后淬火保留高温组织的方式研究其组织的转变行为。
对所得试样金相组织观测得出：在液态下直接淬火时，冷却速度越快，所得到的晶粒越为细小；在冷速为20℃/min的冷却速度下，Q345D钢的液、固相线温度点分别为1515℃和1460℃，在该区间内，残留高温铁素体的含量随着结束控制冷速冷却温度的降低而升高；在2℃/s的冷却速度下，在1515℃和1460℃温度点仍然有高温铁素体相的存在，但是与同温度下以20℃/min的冷却速度得到的试样相比，高温铁素体相的含量有明显不同。
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
16
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
17
§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
温度变化对金属材料力学性能的影响
温度变化对金属材料力学性能的影响引言：
金属材料广泛应用于各种工程领域，其力学性能在不同温度下的表现对工程应用的安全性和稳定性至关重要。
本文将讨论温度变化对金属材料力学性能的影响，并探讨其机理。
1. 热膨胀与热应变
温度升高或降低会导致金属材料的线膨胀系数增大或减小，热膨胀引起的热应变进而影响材料的力学性能。
热应变引起的应力变化可能导致材料的破坏，尤其在高温环境或剧烈温度变化的情况下。
2. 热导率与热冲击
金属材料的热导率随温度变化而改变，高温下热导率增大，低温下热导率减小。
温度变化引起的热冲击可能导致材料的变形、断裂甚至熔化。
因此，在设计工程结构时，需要合理考虑材料的热导率特性。
3. 材料相变
温度变化可能引起金属材料的相变，特别是在临界温度附近。
相变过程中伴随的体积变化会导致材料的应力分布发生改变，从而影响其力学性能。
此外，相变还可能导致金属材料的微观结构发生改变，并影响其塑性、强度和韧性等力学性能。
4. 热蠕变
高温下，金属材料会发生热蠕变现象，即在一定应力作用下，材料会发生时间依赖的塑性变形。
热蠕变的发生导致材料的力学性能发生变化，例如降低强度和刚度，增加延展性和塑性。
因此，在高温环境下使用金属材料时，热蠕变现象必须得到有效控制。
结论：
温度变化对金属材料的力学性能具有显著影响。
通过了解温度变化对热膨胀、热导率、相变和热蠕变等方面的影响机理，可以更好地采取措施来应对和优化金属材料在不同温度条件下的应用。
在工程设计和实际应用中，需要综合考虑温度变化对金属材料力学性能的影响，以确保工程结构的安全性和可靠性。
金属材料强度与温度的关系
金属材料的高温强度
19
2.2.1在给定温度或应力下蠕变与时间的关系
Bailey提出适用于第一阶段的公式
Atn
（1/3≤n＜1/2 ）
………（1）
Mevetly提出适用于第一及第二阶段的公式
B(1 ect ) Ft
………（2）
第二阶段为线性关系，上两式中的A、B、C、F均 为实验待定常数，ε为应变，t为时间。
9
金属材料的高温强度
2. 蠕
变
金属在一定温度、一定应力（即使小于ζs） 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。
10
金属材料的高温强度
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，
T p : 0.002m m
金属材料的高温强度
7
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。
晶界强度与晶粒强度随温度增加而下降的趋势不同，在其交点 对应温度TS（称为等强温度）以上，材料由穿晶断裂变为沿晶 断裂。 形变速度愈低则TS愈低
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。
金属高温力学性能
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。
换句话说, 在一定温度/应力下可能有多种变形机制起作用, 如位错攀移蠕变和空位扩散蠕变同时发生, 但温度高、应力低时 扩散蠕变所产生的应变量比攀移蠕变产生的应变量大, 此时“占优 势”的机制是扩散蠕变。材料的变形机制图就是该材料在给定的温 度/应力下占优势的变形机制及变形速率的图示。
23/37
图8-8 纯镍的应力-温度变形机制图
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2.蠕变断裂机制
主要是由于晶界滑动在晶界上形成裂纹并 逐渐扩展而引起的，宏观上为典型的脆性破坏。
(1) 机制一：在三晶粒交会处形成楔形裂 纹高应力，较低温度下，晶界滑动在三晶粒交 汇处受阻→应力集中→形成空洞→相互连接形 成楔形裂纹→长大→引起断裂(晶界)。
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图8-9 三岔晶界处形成楔形裂纹
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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
象。 (2) 1905年菲利普斯发表关于金属丝、橡
胶、玻璃在恒定拉应力作用下缓慢延伸的实验 结果。
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(3) 1922年狄根逊提出，在相当长时间内承受应力时， 尤其是在高温下，任何材料在低于σb(室温或试验温度)时也 会发生破坏——蠕变的研究。
图8-4 刃型位错攀移克服障碍的模型
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(2) 扩散蠕变 在更高温度(甚至接近于Tm时)→原子扩散 进一步加剧→较多数量的原子(空位)直接发生 迁移性扩散→扩散蠕变。
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。
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。
金属材料在高温下性能的变化
金属材料在高温下性能的变化
首先，高温条件下金属材料的晶体结构会发生变化。
随着温度的升高，金属晶体内的原子间距会增大，晶体结构会发生相变或熔化。
在高温下，
部分金属材料会呈现液态态，并且会形成液相晶界。
液相晶界的形成会引
起晶体的变形和损伤，降低材料的强度和韧性。
其次，高温条件下金属材料的微观缺陷会增多。
高温会导致金属材料
晶体内的晶格缺陷（如位错、空位、间隙等）数量增多，并且晶粒的形态
和尺寸也会发生改变。
这些缺陷会使材料易于发生塑性变形，导致材料的
强度和硬度下降。
此外，高温条件下金属材料的力学性能会发生变化。
高温会引起金属
材料的塑性和可变性增加，导致材料的延伸性、屈服强度和断裂韧性减少。
同时，高温还会降低金属的硬度和弹性模量。
另外，高温条件下金属材料的热性能也会发生变化。
在高温下，热膨
胀系数增大，导致材料容易发生热膨胀和热应力。
高温还会加剧材料的氧化、腐蚀和劣化等热氧化反应，降低材料的化学稳定性和耐腐蚀性。
最后，金属材料在高温下的变化还受到一些因素的影响，如气体环境、应力状态、冷却速率等。
不同的气体环境会对金属材料的氧化和腐蚀速率
产生重要影响，而不同的应力状态和冷却速率会影响金属材料的变形和相
变行为。
综上所述，金属材料在高温下的性能变化与材料的晶体结构、微观缺陷、力学性能、热性能和化学性质等因素密切相关。
了解金属材料在高温
条件下的性能变化规律，对于优化材料的设计和应用具有重要意义。
金属材料的高温力学性能与模拟
金属材料的高温力学性能与模拟随着人类工程技术的不断发展和进步，金属材料在现代工业上广泛应用。
然而，在高温环境下，金属材料的力学性能会发生改变，从而影响其使用寿命和性能。
因此，对金属材料在高温下的力学性能的研究变得愈加重要。
高温下金属材料的力学性能变化主要表现为塑性和断裂失效的改变。
例如，在高温下，材料的塑性变好，使其更容易变形和塑性加工。
但是材料的断裂韧性会减少，这意味着在相同的应力条件下，材料更容易断裂。
为了深入了解金属材料在高温下的力学性能变化，我们需要对金属材料的高温力学性能进行模拟和研究。
常用的高温材料力学性能模拟方法包括实验测试和计算模拟两种方法。
实验测试是一种直接测量金属材料在高温下的精确力学性能的方法。
这种方法需要使用高温实验设备和仪器来模拟高温环境，并测量材料的塑性变形、断裂韧性等力学性能指标。
实验测试的优点是可以提供准确的高温力学性能数据，但也有一些缺点，如实验耗时长、成本高等。
计算模拟是另一种研究金属材料在高温下力学性能的方法。
该方法使用计算机模拟软件来模拟材料内部的原子、晶格等微观结构，从而预测材料在高温下的塑性变形和断裂行为。
计算模拟通常采用分子动力学和有限元模拟两种方法。
其中，分子动力学模拟可以模拟材料内部原子之间的相互作用及其运动状态，并根据这些信息预测材料性能。
有限元模拟则是以宏观角度建立材料模型，通过模拟材料内部应力和应变的变化，对材料的力学性能进行预测和分析。
计算模拟的优点是可以预测金属材料在高温下的力学性能，避免了实验测定的缺陷，同时也节省了时间和成本。
但是，计算模拟也有其限制，例如需要较高的计算复杂度和对计算模型的准确性要求等。
在实际应用中，实验测试和计算模拟通常是相互配合的。
实验测试可以用来验证计算模拟结果的准确性，同时计算模拟的结果也可以指导实验测试方法的设计和优化。
对于金属材料在高温环境下的力学性能及其模拟的研究，有助于优化材料的使用和设计，从而提高材料的安全性和可靠性。
《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
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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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20
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。
金属高温力学性能(最全版)PTT文档
（高应力、低温度）
σb=f(t, τ)
σb=C, σs=C
蠕蠕变变(， 与2应疲) 力劳裂松的纹驰交，互扩作用展
蠕变第一阶段，蠕变变形而产生形变硬化，蠕变速率↓。
1在）规减(定3速温)蠕度断变（阶裂t）段，，达开到始沿规大定界，的逐断持渐续减裂时速间，；（高τ）温氧化 2 蠕变机理，夹杂物
(1)位错运动 反之，第二阶段很短，很快断裂。
抵抗变形和断裂均的匀能力应。 力场）。
∴材料产生蠕变。
故对材料的高温性能有一定或特别的要求。
∴当晶粒减小，晶界滑动对蠕变的作用越大。
(3)晶界滑动
高温和应力的作用下，晶粒发生转动（即晶.2.3 蠕变断裂机理
“晶(粒1与)裂晶界纹的等萌强生温度”TE
8
8.3.3 剩余应力
材料抵抗应力松驰的性能 称为松驰稳定性。
应力松驰曲线
Via 变形量衡定，测试加载应力随 时间延长而降低的曲线。
任一时间，试样上所保持 的应力称为剩余应力σsh
初始应力与剩余应力之 差，称为松驰应力。σso
金属高温力学性能
§8.1 材料的高温性能
锅炉、汽轮机、发动机，飞船的外壳等，长期在 高温条件下工作。
故对材料的高温性能有一定或特别的要求。
8.1.1 常见的高温性能
(1)抗（高温）氧化性 (2)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）
2
8.1.2 影响高温强度的因素
高温 σb = f (t，τ，v)
(1)温度t 温度的高低，是相对金属的熔点而
言。 故采用约比温度（试验温度/材料
熔点）“t/tm”描述温度的“高” 或“低”；
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第08章金属高温力学性能
1．解释下列名词：
(1 )等强温度；(2) 约比温度；(3) 蠕变；(4) 稳态蠕变；(5) 扩散蠕变；(7) 持久伸长率；
(8) 蠕变脆性；(9) 松弛稳定性。
2．说明下列力学性能指标的意义：
(1) σtε；(2) σtδ/τ；(3) σtτ；(4)σsh
3．试说明高温下金属蠕变变形的机理与常温下金属塑性变形的机理有何不同?
4．试说明金属蠕变断裂的裂纹形成机理与常温下金属断裂的裂纹形成机理有何不同?
5．Cr—Ni奥氏体不锈钢高温拉伸持久试验的数据列于下表。
(1) 画出应力与持久时间的关系曲线。
(2) 求出810℃下经受2000h的持久强度极限。
(3) 求出600℃下20000h的许用应力(设安全系数n=3)。
6．试分析晶粒大小对金属材料高温力学性能的影响。
7．某些用于高温的沉淀强化镍基合金，不仅有晶内沉淀，还有晶界沉淀。
晶界沉淀相是一种硬质金属间化合物，它对这类合金的抗蠕变性能有何贡献?
8．和常温下力学性能相比，金属材料在高温下的力学行为有哪些特点?造成这种差别的原因何在?
9．金属材料在高温下的变形机制与断裂机制，和常温比较有何不同?
10．讨论稳态蠕变阶段的变形机制以及温度和应力的影响。
11．蠕变极限和持久强度如何定义，实验上如何确定?
12．什么是Larson-Miller参数，它有何用处?
13. 提高材料的蠕变抗力有哪些途径?
14．应力松弛和蠕变有何关系?如何计算一紧固螺栓产生应力松弛的时间。
15．为什么许多在高温下工作的零件要考虑蠕变与疲劳的交互作用?实验上如何研究这种交互作用?应变范围分配法如何预测疲劳—蠕变交互作用下的损伤?。