大连理工大学精品课程-材料力学性能-第六章-高温性能指标.pptx

材料力学性能Mechanical properties of materials材料科学与工程学院第六章：高温性能指标 09 七月 2023第三节 高温力学性能指标及影响因素一、蠕变极限：为保证高温长时载荷作用下机件不致产生过量变形，要求材料具有一定的蠕变极限。蠕变极限是材料在高温长时载荷作用下的塑性变形抗力指标。一般有两种表示方式：一种是在规定温度t下，使试样产生规定稳态蠕变速率?的最大应力，用 表示。例如 表示温度为600℃的条件下，稳态蠕变速率为1×10－5％/h的蠕变极限为60MPa。第六章 金属高温力学性能 09 七月 2023另一种是在规定温度t下和规定时间?内，使试样产生一定蠕变总伸长率?的最大应力，用 表示。例如 表示材料在500℃下，10万小时后总伸长率为1％的蠕变极限为100MPa。具体选用哪种表示法应视蠕变速率和服役时间而定。若蠕变速率大而服役时间短，可取 表示法；若蠕变速率小而服役时间长，可用 表示法。第六章 金属高温力学性能 09 七月 2023第六章 金属高温力学性能 以上两种蠕变极限都需要试验到稳态蠕变阶段若干时间后才能确定。具体测定时，在同一温度下，要在至少4级应力水平上试验数百至数千小时，将试验结果在双对数坐标上绘图，并用内插法或外推法求蠕变极限。外推法是依据同一温度下，蠕变第二阶段应力?与稳态蠕变速率?之间在双对数坐标中呈线性经验关系提出的，但要注意，用外推法时只能外推到蠕变速率比最低试验点的数据低一个数量级，否则所得值不可靠。图6-12 ?- ?关系曲线lg????10-210-610-410-310-5 09 七月 2023二、持久强度极限：与常温下的情况一样，金属材料在高温下的变形抗力与断裂抗力也是两种不同的性能指标，因此，对于高温材料，除测定蠕变极限外还必须测定其在高温长时载荷作用下断裂的抗力——持久强度极限。 金属材料的持久强度极限，是在规定温度t下，达到规定的持续时间?内不发生断裂的应力值，用 表示。第六章 金属高温力学性能 09 七月 2023 例如某高温合金的持久强度极限 表示该合金在700℃、1000小时的持久强度极限为30MPa。工作时，规定持续时间是以机组的设计寿命为依据的。例如，对于汽轮机、锅炉等机组的设计寿命为数万至数十万小时，而航空发动机则为1千或几千小时。 第六章 金属高温力学性能 09 七月 2023第六章 金属高温力学性能 持久强度极限是通过高温持久拉伸试验测定的，在试验过程中，一般不需要测定试样的伸长量，只测定在规定温度和应力下的断裂时间即可。和蠕变试验相似，可采用外推法求出数万至数十万小时的持久强度极限。但实际上，在lg?-lg?双对数坐标中，试验数据并不完全符合线性关系，一般均有折点，其位置随材料在高温下的组织稳定性和试验温度高低而不同，因此最好测出折点后再进行外推，并且要限制外推时间不超过最长试验时间一个数量级，以免误差太大。 09 七月 2023第六章 金属高温力学性能图6-13 持久强度曲线0105103104102lg??lg??580℃600℃无转折0105103104102lg??lg??有转折 通过测量试样断裂后的伸长率和断面收缩率，可以反映材料在高温下的持久塑性。许多材料在短时高温试验时塑性较好，但经高温长时加载后塑性显著降低，呈现蠕变脆性现象。 09 七月 2023三、剩余应力：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，如螺栓，就可能随时间的延长，弹性变形不断转化为塑性变形，使工作应力不断降低产生失效。这种在规定温度和初始应力条件下，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。第六章 金属高温力学性能 09 七月 2023 金属材料抵抗应力松弛的能力称为松弛稳定性，这可通过应力松弛试验测定的应力松弛曲线来评定。金属的应力松弛曲线是在规温度下，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降低的曲线，如图6-14所示。第六章 金属高温力学性能 09 七月 2023?0时间?应力lg?图6-14 应力松弛曲线?so?sh?0为初始应力，随时间延长，试样中应力不断减小。任一时间试样上所保持的应力称为剩余应力?sh，初始应力与剩余应力之差称为松弛应力?so。第六章 金属高温力学性能 09 七月 2023