材料的高温力学性能
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第七章 材料的高温力学性能
在航空航天、能源和化工等工业领 域，许多机件是在高温下长期服役，如 发动机、锅炉、炼油设备等，它们对材 料的高温力学性能提出了很高的要求。 正确评价材料、合理地使用材料、研究 新的耐高温材料，成为上述工业发展和 材料科学研究的主要任务之一。
为什么要讨论材料的高温力学性能？
材料在高温下的力学性能特点
2．疲劳和蠕变的交互作用
前已述及，高温疲劳中主要存在疲劳损伤成分 和蠕变损伤成分。近年来的研究表明，在一定条件 下，两种损伤过程不是各自独立发展，而是存在交互 作用，交互作用的结果可能会加剧损伤过程，使疲劳 寿命大大减小。
根据损伤造成的原因，疲劳和蠕变的交互作用大 致分两类：一类叫瞬时交互作用，另一类叫顺序交互 作用。交互作用的方式是一个加载历程对以后加载历 程产生的影响。
t
例如
600 103
200
MPa，表示某种材料在600℃下工作
1000小时的持久强度为200 MPa。这里所说的规定时间是以
零件设计时的工作寿命为依据的，对于有些重要的零件，例
如航空发动机的涡轮盘、叶片等，不仅要求材料具有一定的
蠕变极限，同时也要求材料具有一定的持久强度，两者都是
设计的重要依据。
3、松弛稳定性
蠕变过程可以用蠕变 曲线来描述。曲线上任一 点的斜率，表示该点的蠕 变速率。按照蠕变速率的 变化，蠕变过程可分为三 个阶段。
第Ⅰ阶段：AB段，称为减速蠕变阶段（又称过渡蠕变 阶段），这一阶段开始的蠕变速率很大，随着时间的延长， 蠕变速率逐渐减小，到B点，蠕变速率达到最小值。
第Ⅱ阶段：BC段，称为恒速蠕变阶段（又称稳态蠕变阶
的连杆引出炉外，夹在试验机夹头上。为了准确测量试样温 度，最好将热电偶的热接点用石棉绳绑在试样标距部分。试 样加热到规定温度后，保温时间不少于15min，然后进行拉 伸试验。待试样冷却后，在常温下测定断后伸长率和断面收 缩率。
二、高温下材料的硬度
在进行高温硬度试验时，涉及到试样的加热、保温和防 止氧化等一系列问题，目前，在试验温度不太高的情况下， 仍用布氏、洛氏和维氏硬度试验方法。在硬度计的工作台上 需加装一套试样加热保温装置，加长压头的压杆，使之伸入 加热保温装置即可。如试验温度较高时，需使用特制的硬度 计。在温度不超过800℃时，硬度计的压头可用金刚石锥体 （洛氏和维氏）和硬质合金球（布氏和洛氏），当试验温度 更高时，则应换用人造蓝宝石或刚玉压头。
蠕变曲线随应力的大小和温度高低的变化规律
二、蠕变变形及断裂机理
1．蠕变变形机理
材料的蠕变变形机理主要有位错滑移、原子扩散和晶界 滑动。
（1）位错滑移蠕变机理
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。
位错的热激活方式有：刃型位错的攀移、螺型位错的交 滑移、位错环的分解、割阶位错的非保守运动、亚晶界的位 错攀移等。
晶间断裂是蠕变断裂的普遍形式，高温低应力下情况更 是如此，这是因为温度升高，多晶体晶内及晶界强度都随之 降低，但后者降低速率更快，造成高温下晶界的相对强度较 低的缘故。通常将晶界和晶内强度相等的温度称为等强温度。
晶界断裂的晶界滑动和应力集中模型
晶界断裂的空位聚集模型
空位聚集形成空洞示意图
复习
• 2个概念
2、外部因素
（1）应力 材料的蠕变性能和蠕变速率主要取决于 应力水平，高应力下蠕变速率高，低应力下蠕变速率 低。 （2）温度 蠕变是热激活过程，蠕变激活能和扩散 激活能的相对关系，影响着蠕变机制。蠕变激活能和 扩散激活能都是温度的减值函数，随着温度的改变， 它们也发生相应的变化，使得蠕变机理发生改变。
晶界的滑动一般是由晶粒的纯弹性畸变和空位 的定向扩散引起的。在外力作用下，晶粒发生弹性 位移而产生蠕变，但这一贡献不大。主要的还是空 位的定向扩散。
2、蠕变断裂机理
蠕变断裂有两种情况：一是对于那些不含裂纹的高温机 件，在高温长期服役过程中，由于蠕变裂纹相对均匀地在机 件内部萌生和扩展，显微结构变化引起的蠕变抗力的降低以 及环境损伤导致的断裂；另一是高温工程机件中，原来就存 在裂纹或类似裂纹的缺陷，其断裂是由于主裂纹的扩展引起 的。以下主要研究的是蠕变裂纹的萌生、扩展和断裂。
在线弹性条件下，描述高温裂纹扩展速率da/dN的 方法与室温的相同。通常，温度升高，裂纹扩展速率增 加，ΔKth降低（也有例外）。由于高温条件下不可避免 地存在蠕变损伤，所以高温疲劳裂纹扩展可以看作是疲 劳和蠕变分别造成裂纹扩展量的迭加，两部分相对量的 大小与诸多因素有关，其中与载荷的关系为：在低载荷 时，蠕变裂纹扩展速率较低，以疲劳对裂纹扩展的贡献 为主；而在较高载荷时，情况相反，以蠕变对裂纹扩展 贡献为主。
第一种方法，在给定温度下，使试样在蠕变第二阶段产 生规定稳态蠕变速率的最大应力，定义为蠕变极限，记作
•
(T•MPa)，其中T表示温度（℃）， 表示第二阶段的稳
态蠕变速率（%/h）。例如 500℃
500 110
5
80 MPa，表示在
的条件下，第二阶段的稳态蠕变速率等于1×10-5 %/h的蠕 变极限为80MPa。
段），这一阶段的特点是蠕变速率几乎不变。一般所指的材 料蠕变速率，就是以这一阶段的蠕变速率来表示。
第Ⅲ阶段：CD段，称为加速蠕变阶段（又称为失稳蠕变 阶段），随着时间的延长，蠕变速率逐渐增大，到d点发生
蠕变断裂。 蠕变与时间的关系可以表示为：
f t Dt t 0
其中：ε0——瞬时应变，f(t)——减速蠕变，Dt——恒速蠕变，φ(t)——加速蠕变。
定 性。
（3）晶粒尺寸 金属材料的使用温度低于等强温度时，细化晶粒可以提
高钢的强度；当使用温度高于等强温度时，粗化晶粒可以提 高钢的蠕变极限和持久强度。但是，晶粒太大降低钢的高温 塑性和韧性。对于耐热钢和合金，随合金成分和工作条件的 不同，都有一最佳晶粒尺寸范围。例如，奥氏体耐热钢及镍 合金，一般以2～4级晶粒度较好，所以，进行热处理时应考 虑采用适当的加热温度，以满足晶粒度的要求。
极限为100MPa。在蠕变时间短，而蠕变速率又较大的情况
下，一般采用这种定义方法。因为对于短时蠕变试验，第一
阶段的蠕变变形量所占比例较大，第二阶段的蠕变速率又不
易测定，所以用总蠕变变形量作为测量对象比较合适。
2、持久强度
持久强度是材料在一定的温度下和规定的时间内，不发
生蠕变断裂的最大应力，记作
(TMPa)。
第二种方法，在给定温度和时间的条件下，使试样产生
规定的蠕变应变的最大应力，定义为蠕变极限，记作
T /t
(MPa)，其中T表示测试温度（℃），ε/t表示在给定的时间
t内产生的蠕变应变为ε%。例如
500 1 / 10000
100MPa，即
表示材料在500℃时，10000小时产生1%的蠕变应变的蠕变
试样中的应力不断减小。应力松弛试验中，任一时间试样上 所保持的应力称为剩余应力σsh；试样上所减少的应力，即
初始应力σ0与剩余应力之差称为松弛应力σsb。
剩余应力是评价材料应力松弛稳定性的一个指标。对于 不同的材料或同一材料经不同处理后，在相同的试验温度和 初始应力的条件下，经规定时间后，剩余应力愈高者，其松 弛稳定性愈好。
其中t为试验温度，tm为材料熔点，都采用热力学温度
表示。当〈t/tm〉=0.4～0.5时为高温，反之则为低温。
如何界定材料力学性能发生变化的“高温”？
§7.1 材料的高温蠕变性能
一、蠕变的一般规律
蠕变是材料在长时间的恒温、恒载荷作用下缓慢地产生 塑性变形的现象。
约比温度大于0.3时， 必须考虑蠕变的影响。
§7.2 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测定材料在高于室温时的规定非
比例伸长应力σp、屈服点σs、抗拉强度σb、断后延伸率 δ及端面收缩率ψ等性能指标。在一般拉伸试验机上，若加
装管式电炉及测量和控制温度的仪表等装置就可进行试验。 试样按常温试验要求制备，装入电炉中，两端用特制
在高温下，力学性能就表现出了时间效应，强度 极限随承载时间的延长而降低；很多金属材料在高 温短时拉伸试验时，塑性变形的机制是晶内滑移， 最后发生穿晶的韧性断裂，而在应力的长时间作用 下，即使应力不超过屈服ห้องสมุดไป่ตู้度，也会发生晶界滑 动，导致沿晶的脆性断裂。
温度的高低，一般用“约比温度（t/tm）”来描述，
瞬时交互作用中，一般认为拉应力时的停留造成的危害 大，因为拉伸保持期内晶界空洞成核多、生长快，而在同一 循环的随后压缩保持期内空洞不易成核，在某种情况下甚至 会使拉应力保持期内造成的损伤愈合，所以加入压缩保时会 延长疲劳寿命（仅少数合金是例外）。通常随保时增加有一 个饱和效应，即超过一个保时临界值时，进一步增加保时产 生的效果趋向于恒定 。
温度升高，疲劳强度 下降，但和持久强度相比 下降较慢，所以它们存在 一交点。在交点左边时， 材料主要是疲劳破坏，这 时疲劳强度比持久强度在 设计中更为重要；在交点 以右，则以持久强度为主 要设计指标。交点温度随 材料不同而不同.
高温疲劳的最大特点是与时间相关，所以描述高温 疲劳的参数还需增添与时间有关的参数。与时间有关的 参数包括加载频率、波形和应变速率。降低加载过程中 的应变速率或频率，增加循环中拉应力的保持时间都会 缩短疲劳寿命，而断口形貌也会响应地从穿晶断裂过渡 到穿晶加沿晶，及至完全沿晶断裂。从而出现上述从 穿晶到沿晶的断裂过程。
– 蠕变
材料在长时间的恒温、恒载荷作用下缓慢地产生塑性变形的现象
– 等强温度
晶界和晶内强度相等的温度称为等强温度。
• 蠕变的机理
扩散起主导作用，包括：位错滑移，（空位）扩散，晶界滑动
• 1个特征
晶间断裂是蠕变断裂的普遍形式
T •
三、蠕变性能指标
1．蠕变极限
蠕变极限就是材料对高温蠕变变形的抗力，有两种表示 方法。
材料的松弛稳定性决定于材料的成分、组织等内部因 素。
松弛稳定性可以用来评价材料在高温的预紧能力。对于 那些在高温状态工作的紧固件，在选材和设计时，就应该考 虑材料的松弛稳定性。如汽轮机、燃气轮机的紧固件，在工 作过程中，如果材料的松弛稳定性不好，那么随着工作时间 的延长，剩余应力愈来愈小，当小于汽缸螺栓的预紧工作应 力时，就会发生泄气事故。
四、影响蠕变性能的主要因素
1、内在因素
（1）化学成分 材料的成分不同，蠕变的热激活能不同。 热激活能高的材料，蠕变变形就困难，蠕变极限、持久强度、 剩余应力就高。
（2）组织结构 对金属材料，采用不同的热处理工艺，可 以改变组织结构，从而改变热激活运动的难易程度。如珠光体 耐热钢，一般采用正火加高温回火工艺，正火温度应较高，以 促使碳化物较充分而均匀地溶解在奥氏体中；回火温度应高于 使用温度100~150℃以上，以提高其在使用温度下的组织稳
1．高温疲劳的一般规律
随着试验温度的升高，材料的高温疲劳强度降低。据统 计，当温度上升到300℃以上时，每升高100℃，钢的疲劳
抗 力下降约15~20%，而对耐热合金，则每升高100℃，疲劳
抗 力下降约5~10%。某些合金因物理化学过程的变化，温度
升 高到某一温度区间，疲劳抗力有所回升，例如，应变时效合 金有时会出现这种现象。
由于试样在高温下蠕变的影响较大，一般规定加力时间 为30～60秒，但有时为了显示蠕变的影响，将加力时间延
长 到1～5小时，所得结果叫持久硬度。试样上压痕直径（布氏 硬度）或对角线（维氏硬度）的测量，一般是在试样冷却后 进行的。
四、高温疲劳性能
通常把高于再结晶温度所发生的疲劳叫作高温疲劳，高 温疲劳除与室温疲劳具有类似的规律外，还有一些自身的特 点。
（2）扩散蠕变机理 在较高温度下，原子
和空位可以发生热激活扩 散，在外力作用下，晶体 内部产生不均匀应力场， 原子和空位在不同的位置 就具有不同的势能，它们 就会由高势能位向低势能 位进行定向扩散。
（3）晶界滑动蠕变机理
晶界在外力的作用下，会发生相对滑动变形， 在常温下，可以忽略不计，但在高温时，晶界的相 对滑动可以引起明显的塑性变形，产生蠕变。
材料在恒变形的条件下，随着时间的延长，弹性应力逐 渐降低的现象称为应力松弛。材料抵抗应力松弛的能力称为 松弛稳定性。
松弛稳定性可以通过松弛试验测定的应力松弛曲线来评 定，材料的松弛曲线是在规定的温度下，对试样施加载荷， 保持初始变形量恒定，测定试样上的应力随时间而下降曲
线，如下图所示。图中σ0为初始应力，随着时间的延长，
在航空航天、能源和化工等工业领 域，许多机件是在高温下长期服役，如 发动机、锅炉、炼油设备等，它们对材 料的高温力学性能提出了很高的要求。 正确评价材料、合理地使用材料、研究 新的耐高温材料，成为上述工业发展和 材料科学研究的主要任务之一。
为什么要讨论材料的高温力学性能？
材料在高温下的力学性能特点
2．疲劳和蠕变的交互作用
前已述及，高温疲劳中主要存在疲劳损伤成分 和蠕变损伤成分。近年来的研究表明，在一定条件 下，两种损伤过程不是各自独立发展，而是存在交互 作用，交互作用的结果可能会加剧损伤过程，使疲劳 寿命大大减小。
根据损伤造成的原因，疲劳和蠕变的交互作用大 致分两类：一类叫瞬时交互作用，另一类叫顺序交互 作用。交互作用的方式是一个加载历程对以后加载历 程产生的影响。
t
例如
600 103
200
MPa，表示某种材料在600℃下工作
1000小时的持久强度为200 MPa。这里所说的规定时间是以
零件设计时的工作寿命为依据的，对于有些重要的零件，例
如航空发动机的涡轮盘、叶片等，不仅要求材料具有一定的
蠕变极限，同时也要求材料具有一定的持久强度，两者都是
设计的重要依据。
3、松弛稳定性
蠕变过程可以用蠕变 曲线来描述。曲线上任一 点的斜率，表示该点的蠕 变速率。按照蠕变速率的 变化，蠕变过程可分为三 个阶段。
第Ⅰ阶段：AB段，称为减速蠕变阶段（又称过渡蠕变 阶段），这一阶段开始的蠕变速率很大，随着时间的延长， 蠕变速率逐渐减小，到B点，蠕变速率达到最小值。
第Ⅱ阶段：BC段，称为恒速蠕变阶段（又称稳态蠕变阶
的连杆引出炉外，夹在试验机夹头上。为了准确测量试样温 度，最好将热电偶的热接点用石棉绳绑在试样标距部分。试 样加热到规定温度后，保温时间不少于15min，然后进行拉 伸试验。待试样冷却后，在常温下测定断后伸长率和断面收 缩率。
二、高温下材料的硬度
在进行高温硬度试验时，涉及到试样的加热、保温和防 止氧化等一系列问题，目前，在试验温度不太高的情况下， 仍用布氏、洛氏和维氏硬度试验方法。在硬度计的工作台上 需加装一套试样加热保温装置，加长压头的压杆，使之伸入 加热保温装置即可。如试验温度较高时，需使用特制的硬度 计。在温度不超过800℃时，硬度计的压头可用金刚石锥体 （洛氏和维氏）和硬质合金球（布氏和洛氏），当试验温度 更高时，则应换用人造蓝宝石或刚玉压头。
蠕变曲线随应力的大小和温度高低的变化规律
二、蠕变变形及断裂机理
1．蠕变变形机理
材料的蠕变变形机理主要有位错滑移、原子扩散和晶界 滑动。
（1）位错滑移蠕变机理
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。
位错的热激活方式有：刃型位错的攀移、螺型位错的交 滑移、位错环的分解、割阶位错的非保守运动、亚晶界的位 错攀移等。
晶间断裂是蠕变断裂的普遍形式，高温低应力下情况更 是如此，这是因为温度升高，多晶体晶内及晶界强度都随之 降低，但后者降低速率更快，造成高温下晶界的相对强度较 低的缘故。通常将晶界和晶内强度相等的温度称为等强温度。
晶界断裂的晶界滑动和应力集中模型
晶界断裂的空位聚集模型
空位聚集形成空洞示意图
复习
• 2个概念
2、外部因素
（1）应力 材料的蠕变性能和蠕变速率主要取决于 应力水平，高应力下蠕变速率高，低应力下蠕变速率 低。 （2）温度 蠕变是热激活过程，蠕变激活能和扩散 激活能的相对关系，影响着蠕变机制。蠕变激活能和 扩散激活能都是温度的减值函数，随着温度的改变， 它们也发生相应的变化，使得蠕变机理发生改变。
晶界的滑动一般是由晶粒的纯弹性畸变和空位 的定向扩散引起的。在外力作用下，晶粒发生弹性 位移而产生蠕变，但这一贡献不大。主要的还是空 位的定向扩散。
2、蠕变断裂机理
蠕变断裂有两种情况：一是对于那些不含裂纹的高温机 件，在高温长期服役过程中，由于蠕变裂纹相对均匀地在机 件内部萌生和扩展，显微结构变化引起的蠕变抗力的降低以 及环境损伤导致的断裂；另一是高温工程机件中，原来就存 在裂纹或类似裂纹的缺陷，其断裂是由于主裂纹的扩展引起 的。以下主要研究的是蠕变裂纹的萌生、扩展和断裂。
在线弹性条件下，描述高温裂纹扩展速率da/dN的 方法与室温的相同。通常，温度升高，裂纹扩展速率增 加，ΔKth降低（也有例外）。由于高温条件下不可避免 地存在蠕变损伤，所以高温疲劳裂纹扩展可以看作是疲 劳和蠕变分别造成裂纹扩展量的迭加，两部分相对量的 大小与诸多因素有关，其中与载荷的关系为：在低载荷 时，蠕变裂纹扩展速率较低，以疲劳对裂纹扩展的贡献 为主；而在较高载荷时，情况相反，以蠕变对裂纹扩展 贡献为主。
第一种方法，在给定温度下，使试样在蠕变第二阶段产 生规定稳态蠕变速率的最大应力，定义为蠕变极限，记作
•
(T•MPa)，其中T表示温度（℃）， 表示第二阶段的稳
态蠕变速率（%/h）。例如 500℃
500 110
5
80 MPa，表示在
的条件下，第二阶段的稳态蠕变速率等于1×10-5 %/h的蠕 变极限为80MPa。
段），这一阶段的特点是蠕变速率几乎不变。一般所指的材 料蠕变速率，就是以这一阶段的蠕变速率来表示。
第Ⅲ阶段：CD段，称为加速蠕变阶段（又称为失稳蠕变 阶段），随着时间的延长，蠕变速率逐渐增大，到d点发生
蠕变断裂。 蠕变与时间的关系可以表示为：
f t Dt t 0
其中：ε0——瞬时应变，f(t)——减速蠕变，Dt——恒速蠕变，φ(t)——加速蠕变。
定 性。
（3）晶粒尺寸 金属材料的使用温度低于等强温度时，细化晶粒可以提
高钢的强度；当使用温度高于等强温度时，粗化晶粒可以提 高钢的蠕变极限和持久强度。但是，晶粒太大降低钢的高温 塑性和韧性。对于耐热钢和合金，随合金成分和工作条件的 不同，都有一最佳晶粒尺寸范围。例如，奥氏体耐热钢及镍 合金，一般以2～4级晶粒度较好，所以，进行热处理时应考 虑采用适当的加热温度，以满足晶粒度的要求。
极限为100MPa。在蠕变时间短，而蠕变速率又较大的情况
下，一般采用这种定义方法。因为对于短时蠕变试验，第一
阶段的蠕变变形量所占比例较大，第二阶段的蠕变速率又不
易测定，所以用总蠕变变形量作为测量对象比较合适。
2、持久强度
持久强度是材料在一定的温度下和规定的时间内，不发
生蠕变断裂的最大应力，记作
(TMPa)。
第二种方法，在给定温度和时间的条件下，使试样产生
规定的蠕变应变的最大应力，定义为蠕变极限，记作
T /t
(MPa)，其中T表示测试温度（℃），ε/t表示在给定的时间
t内产生的蠕变应变为ε%。例如
500 1 / 10000
100MPa，即
表示材料在500℃时，10000小时产生1%的蠕变应变的蠕变
试样中的应力不断减小。应力松弛试验中，任一时间试样上 所保持的应力称为剩余应力σsh；试样上所减少的应力，即
初始应力σ0与剩余应力之差称为松弛应力σsb。
剩余应力是评价材料应力松弛稳定性的一个指标。对于 不同的材料或同一材料经不同处理后，在相同的试验温度和 初始应力的条件下，经规定时间后，剩余应力愈高者，其松 弛稳定性愈好。
其中t为试验温度，tm为材料熔点，都采用热力学温度
表示。当〈t/tm〉=0.4～0.5时为高温，反之则为低温。
如何界定材料力学性能发生变化的“高温”？
§7.1 材料的高温蠕变性能
一、蠕变的一般规律
蠕变是材料在长时间的恒温、恒载荷作用下缓慢地产生 塑性变形的现象。
约比温度大于0.3时， 必须考虑蠕变的影响。
§7.2 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测定材料在高于室温时的规定非
比例伸长应力σp、屈服点σs、抗拉强度σb、断后延伸率 δ及端面收缩率ψ等性能指标。在一般拉伸试验机上，若加
装管式电炉及测量和控制温度的仪表等装置就可进行试验。 试样按常温试验要求制备，装入电炉中，两端用特制
在高温下，力学性能就表现出了时间效应，强度 极限随承载时间的延长而降低；很多金属材料在高 温短时拉伸试验时，塑性变形的机制是晶内滑移， 最后发生穿晶的韧性断裂，而在应力的长时间作用 下，即使应力不超过屈服ห้องสมุดไป่ตู้度，也会发生晶界滑 动，导致沿晶的脆性断裂。
温度的高低，一般用“约比温度（t/tm）”来描述，
瞬时交互作用中，一般认为拉应力时的停留造成的危害 大，因为拉伸保持期内晶界空洞成核多、生长快，而在同一 循环的随后压缩保持期内空洞不易成核，在某种情况下甚至 会使拉应力保持期内造成的损伤愈合，所以加入压缩保时会 延长疲劳寿命（仅少数合金是例外）。通常随保时增加有一 个饱和效应，即超过一个保时临界值时，进一步增加保时产 生的效果趋向于恒定 。
温度升高，疲劳强度 下降，但和持久强度相比 下降较慢，所以它们存在 一交点。在交点左边时， 材料主要是疲劳破坏，这 时疲劳强度比持久强度在 设计中更为重要；在交点 以右，则以持久强度为主 要设计指标。交点温度随 材料不同而不同.
高温疲劳的最大特点是与时间相关，所以描述高温 疲劳的参数还需增添与时间有关的参数。与时间有关的 参数包括加载频率、波形和应变速率。降低加载过程中 的应变速率或频率，增加循环中拉应力的保持时间都会 缩短疲劳寿命，而断口形貌也会响应地从穿晶断裂过渡 到穿晶加沿晶，及至完全沿晶断裂。从而出现上述从 穿晶到沿晶的断裂过程。
– 蠕变
材料在长时间的恒温、恒载荷作用下缓慢地产生塑性变形的现象
– 等强温度
晶界和晶内强度相等的温度称为等强温度。
• 蠕变的机理
扩散起主导作用，包括：位错滑移，（空位）扩散，晶界滑动
• 1个特征
晶间断裂是蠕变断裂的普遍形式
T •
三、蠕变性能指标
1．蠕变极限
蠕变极限就是材料对高温蠕变变形的抗力，有两种表示 方法。
材料的松弛稳定性决定于材料的成分、组织等内部因 素。
松弛稳定性可以用来评价材料在高温的预紧能力。对于 那些在高温状态工作的紧固件，在选材和设计时，就应该考 虑材料的松弛稳定性。如汽轮机、燃气轮机的紧固件，在工 作过程中，如果材料的松弛稳定性不好，那么随着工作时间 的延长，剩余应力愈来愈小，当小于汽缸螺栓的预紧工作应 力时，就会发生泄气事故。
四、影响蠕变性能的主要因素
1、内在因素
（1）化学成分 材料的成分不同，蠕变的热激活能不同。 热激活能高的材料，蠕变变形就困难，蠕变极限、持久强度、 剩余应力就高。
（2）组织结构 对金属材料，采用不同的热处理工艺，可 以改变组织结构，从而改变热激活运动的难易程度。如珠光体 耐热钢，一般采用正火加高温回火工艺，正火温度应较高，以 促使碳化物较充分而均匀地溶解在奥氏体中；回火温度应高于 使用温度100~150℃以上，以提高其在使用温度下的组织稳
1．高温疲劳的一般规律
随着试验温度的升高，材料的高温疲劳强度降低。据统 计，当温度上升到300℃以上时，每升高100℃，钢的疲劳
抗 力下降约15~20%，而对耐热合金，则每升高100℃，疲劳
抗 力下降约5~10%。某些合金因物理化学过程的变化，温度
升 高到某一温度区间，疲劳抗力有所回升，例如，应变时效合 金有时会出现这种现象。
由于试样在高温下蠕变的影响较大，一般规定加力时间 为30～60秒，但有时为了显示蠕变的影响，将加力时间延
长 到1～5小时，所得结果叫持久硬度。试样上压痕直径（布氏 硬度）或对角线（维氏硬度）的测量，一般是在试样冷却后 进行的。
四、高温疲劳性能
通常把高于再结晶温度所发生的疲劳叫作高温疲劳，高 温疲劳除与室温疲劳具有类似的规律外，还有一些自身的特 点。
（2）扩散蠕变机理 在较高温度下，原子
和空位可以发生热激活扩 散，在外力作用下，晶体 内部产生不均匀应力场， 原子和空位在不同的位置 就具有不同的势能，它们 就会由高势能位向低势能 位进行定向扩散。
（3）晶界滑动蠕变机理
晶界在外力的作用下，会发生相对滑动变形， 在常温下，可以忽略不计，但在高温时，晶界的相 对滑动可以引起明显的塑性变形，产生蠕变。
材料在恒变形的条件下，随着时间的延长，弹性应力逐 渐降低的现象称为应力松弛。材料抵抗应力松弛的能力称为 松弛稳定性。
松弛稳定性可以通过松弛试验测定的应力松弛曲线来评 定，材料的松弛曲线是在规定的温度下，对试样施加载荷， 保持初始变形量恒定，测定试样上的应力随时间而下降曲
线，如下图所示。图中σ0为初始应力，随着时间的延长，