金屬材料強(qiáng)度與溫度的關(guān)系1

1、溫度和時間對材料力學(xué)性能的影響1. 金屬材料在高溫下的力學(xué)行為特點(diǎn)蠕變41 材料在高溫下的力學(xué)行為特點(diǎn)在高溫條件下材料的變形機(jī)制增多，易發(fā)生塑性變形，表 現(xiàn)為強(qiáng)度降低，形變強(qiáng)化現(xiàn)象減弱，塑性變形增加。強(qiáng)度隨溫度升高而降低，塑性則隨溫度升高而增加。材料在高溫條件下，承受不同的載荷，其斷裂所需的時間 也不同。不但斷裂所需的時間隨著承受的應(yīng)力增加而縮短，而且斷裂的形式也會發(fā)生改變。在高溫條件下，應(yīng)變速度對材料的強(qiáng)度也有明顯 的影響。應(yīng)變速度越高，材料的強(qiáng)度也越高。盡管室溫下應(yīng)變速度對強(qiáng)度也有影響，但在高溫下這種影響要 大得多。OOOOOOOOOO505050505 44332211cddw ziae

2、 =1. 0%/min e =0. 1%/mine =85%/min 、e =10%/mine =85%/mine =10%/mine =1. 0%/mine =0. 1%/min450°C25°C2030405060706#應(yīng)變£ %7小結(jié)強(qiáng)度隨溫度升高而降低，塑性則隨溫度升高而增加。力學(xué)行為及性能與加載持續(xù)時間密切相關(guān)在高溫下即使承受應(yīng)力小于該溫度下的屈服強(qiáng) 度，隨著承載時間的增加材料也會產(chǎn)生緩慢而 連續(xù)的塑性變形，即材料將發(fā)生蠕變。在高溫下隨承載時間的增加塑性會顯著下降， 材料的缺口敏感性增加，斷裂往往呈脆斷現(xiàn)象。溫度影響材料的微觀斷裂方式。環(huán)境介質(zhì)對材料的

3、腐蝕作用隨著溫度的升高而加 居I，從而影響材料的力學(xué)性能。2.蠕變材料在一定溫度、一定應(yīng)力（即使小于）作用下，隨著時間的增加而緩慢連續(xù)產(chǎn)生 塑性變形的現(xiàn)象稱為蠕變。蠕變在溫度較低肘也合發(fā)生，但只有在溫度高于03Tf （熔點(diǎn)溫度）時才比較明顯。引起材料蠕變的應(yīng)力狀態(tài)可以是簡單的（例如單向 拉伸、壓縮、彎曲），也可能是復(fù)雜的；可以是靜 態(tài)的，也可能是動態(tài)的。21蠕變曲線的定性分析蠕變是材料力學(xué)性能之一，材料抗蠕變的 能力是蠕變強(qiáng)度，用蠕變極限表示。材料抗蠕變斷裂的能力用持久強(qiáng)度表示。蠕變極限與持久強(qiáng)度用試驗(yàn)測定，測定出的蠕變曲線可能是恒應(yīng)力狀態(tài)，也可能是恒溫度狀態(tài)曲線。無論何種，典型的蠕變曲線都可

4、以分為 三個階段，蠕變曲線I減速蠕變II恒速蠕變III加速蠕變圖4-24典型的乞變曲線A為恒桟荷B為恒應(yīng)力 I減速蠕變：蠕變速率不斷減小，是不穩(wěn) 定的蠕變階段。 II恒速蠕變：蠕變速率最小，且接近常量, 是穩(wěn)定的蠕變階段。 III加速蠕變:蠕變速率又開始加大，是蠕變 的加速階段。不同材料在不同條件下得到的蠕變曲線是不同的同一種金屬材料蠕變曲線的形狀也隨應(yīng)力和溫度不同而不同但一般而言，各種蠕變曲線差不多都保持著上述三個組成部分，只是各階段持續(xù)時 間長短不一3左圖表示了溫度不變時應(yīng)力對蠕變曲線的影響，q右圖表示了應(yīng)力不變時溫度對蠕變曲線的影響。q由圖可見，應(yīng)力較小或溫度較低時，蠕變第二階段即穩(wěn)定蠕

5、變階段延續(xù)很長。 反之則第二階段可能很短甚至消失。這時蠕變只有第一階段和第三階段，材 料將在短時間內(nèi)斷裂。時間時間一 一種理想的材料，要求它的蠕變曲線具有很小的 起始蠕變（蠕變第一階段）和低的蠕變速度（蠕變第 二階段），以便延長產(chǎn)生1 %總變形量所需的時間。同時也要有一個明顯的第三階段，可以預(yù)示材料 的強(qiáng)度正在消失，斷裂時有一定的塑性。蠕變是一個包含許多過程的復(fù)雜現(xiàn)象。比起室溫下的力學(xué)性能來材料的蠕變性能對組織結(jié)構(gòu)的變化更為敏 感。所以嫦變曲線的形狀往往隨著材料的組織狀態(tài)以及嫦變過程中所發(fā)生的組織結(jié)構(gòu)變化的不同而不相同。例如在高溫下會發(fā)生相變的某些合金（如Fe-205%W，Ni-25.5%Mo等）,即使在承受拉伸載荷時，也會由于相變時的體積變化而使試件收縮，形成所謂的“負(fù)蠕變現(xiàn)象”。2.2蠕變曲線的定量分析關(guān)于蠕變曲線的表示方式，有用蠕變過程中應(yīng)變或應(yīng)變速度與時間的關(guān)系來表 示，有用應(yīng)變或應(yīng)變速度與溫度的關(guān)系來表示，還有用應(yīng)變或應(yīng)變速度與應(yīng)力的關(guān)系來表示。有些表達(dá)式可同時表達(dá)三個階段的蠕變規(guī)律，有的只表示某階段的蠕變規(guī)律。不同的表示方式可獲得不同的關(guān)系式，目前應(yīng)用較 廣的是應(yīng)變或應(yīng)變速度與時間的關(guān)系。應(yīng)力與蠕變速度的關(guān)系研究應(yīng)力與蠕變速度的關(guān)系時多采用恒速 蠕變階段，因?yàn)樵O(shè)計時多以第二階段蠕變 速度作為指標(biāo)。這樣可使研究簡化，并有 明確的工程意義