PDF《第 次课 2 学时 上次课复习：》

0.5 时为 高 温;

反之,则为 低 温.对 于不同的金属材料,在同样的约比温度下,其蠕变行为相似,因而力学性能的变化规律也是 相同的. 本章将阐述金属材料在高温长时载荷作用下的蠕变现象,讨论蠕变变形和断裂的机理, 介绍高温力学性能指标及影响因素,为正确选用高温金属材料和合理制定其热处理工艺提供 基础知识. 8.2 金属的蠕变现象

一、蠕变现象 高温下金属力学行为的一个重要特点就是产生蠕变.所谓蠕变,就是金属在长时间的恒 温、恒载荷作用下缓慢地产生塑性变形的现象.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产生,但只有当约比温度大于 0.3 时才比较显著.如碳 钢温度超过 3000℃、合金钢温度超过 4000℃时,就必须考虑蠕变的影响.金属的蠕变过程可 用蠕变曲线来描述.典型的蠕变曲线如图 8.2 所示. 图8.3 典型蠕变曲线

二、蠕变曲线 图中 Oa 线段是试样在 t 温度下承受恒定拉应力σ时所产生的起始伸长率δq .如果应力 超过金属在该温度下的屈服强度,则δq 包括弹性伸长率和塑性伸长率两部分.这一应变还 不算蠕变,而是由外载荷引起的一般变形过程.从a点开始随时间τ增长而产生的应变属于

4 河北科技大学教案用纸蠕变,abcd 曲线即为蠕变曲线. 蠕变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 情况,可将蠕变过程分为三个阶段.

5 第一阶段 ab 是减速蠕变阶段(又称过渡蠕变阶段).这一阶段开始的蠕变速率很大,随着 时间延长蠕变速率逐渐减小,到b点蠕变速率达到最小值. 第二阶段 bc 是恒速蠕变阶段(又称稳态蠕变阶段).这一阶段的特点是蠕变速率几乎保持 不变.一般所指的金属蠕变速率,就是以这一阶段的蠕变速率ε表示的. 第三阶段 cd 是加速蠕变阶段.随着时间的延长,蠕变速率逐渐增大,至d点产生蠕变 断裂. 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 8-3 a、b 所示.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. 图8.3 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( ) 由于金属在长时高温载荷作用下会产生蠕变,因此,对于在高温下工作并依靠原始弹性 变形获得工作应力的机件,就可能随时间的延长,在总变形量不变的情况下,弹性变形不断 地转变为塑性变形,从而使工作应力逐渐降低,以致失效.这种在规定温度和初始应力条件

4 3

2 1 σ σ σ σ >

1 t t >

>

>

>

>

4 3

2 t t d d ε = &

δ τ 河北科技大学教案用纸6下,金属材料中的应力随时间增加而减小的现象称为应力松弛.可以将应力松弛现象看作是 应力不断降低条件下的蠕变过程,因此,蠕变与应力松弛是既有区别又有联系的. 河北科技大学教案用纸8.3 蠕变变形与蠕变断裂机理

一、蠕变变形机理 金属的蠕变变形主要是通过位错滑移、原子扩散等机理进行的.各种机理对蠕变的作用 随温度及应力的变化而有所不同.