金屬材料的高溫機(jī)械性能
高溫下承載材料的機(jī)械性能與室溫承載材料有很大區(qū)別：比如
（1） 強(qiáng)度降低，在不同溫度下進(jìn)行金屬材料的靜拉伸試驗(yàn)時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)，隨著試驗(yàn)溫度的升高，屈服平臺(tái)消失，而且材料所能承受的最大載荷也降低。圖
（2） 塑性增大。
在高溫條件下，影響材料機(jī)械性能的因素增多，不僅溫度有影響，應(yīng)變速度，斷裂所需時(shí)間也有影響。
6.1. 金屬材料的蠕變形象
6.1.1. 蠕變現(xiàn)象
蠕變：金屬材料在長(zhǎng)時(shí)間的恒溫、恒應(yīng)力作用下，發(fā)生緩慢的塑性變形。
碳素鋼超過300～350℃，合金鋼超過400～450℃發(fā)生
蠕變曲線：三個(gè)階段
oa開始部分，加載引起的瞬時(shí)變形
ab第1階段，速度大，不穩(wěn)定階段，減速階段，τ1，ε1
bc第2階段，穩(wěn)定階段，等速階段τ2，ε2
cd第3階段，最后階段，加速階段τ3，ε3，不能計(jì)入元件壽命期。
6.1.2. 蠕變曲線的表示方式
數(shù)學(xué)模型，主要表示第一階段和第二階段
蠕變條件下蠕變速度隨時(shí)間變化可用下式來表示
其中A，n為外界條件與材料性質(zhì)的常數(shù)
第一階段兩種式子
第二階段
6.1.3. 金屬材料在蠕變中的組織變化
6.1.3.1. 滑移
整個(gè)蠕變過程中，有滑移產(chǎn)生
6.1.3.2. 亞晶形成
晶粒變形不均勻破裂，形成亞晶
6.1.3.3. 晶界形變
晶界也參與形變，有時(shí)高達(dá)40-50%
6.1.4. 金屬材料的蠕變理論
蠕變是在一定的溫度和應(yīng)力作用下發(fā)生的，與原子熱運(yùn)動(dòng)有關(guān)。原子熱運(yùn)動(dòng)作用大致有兩方面：
（1） 是在應(yīng)力作用下原子直接大量地定向擴(kuò)散
（2） 協(xié)助受阻位錯(cuò)克服障礙重新運(yùn)動(dòng)
一方面形變硬化，一方面回復(fù)
6.1.5. 金屬材料的蠕變斷裂機(jī)理
金屬材料蠕變斷裂分2種：晶間和穿晶
穿晶：有大量塑性變形，韌性，高應(yīng)力，低溫
晶間：塑性變形小，脆性，低應(yīng)力，高溫
等強(qiáng)度溫度概念
兩種理論：楔形蠕變裂紋（三晶交界處應(yīng)力集中，穿晶），空洞形（空洞在三晶交界處匯集，晶間）
6.2.1. 條件蠕變極限
根據(jù)不同的需要有2種
（1） 給定溫度下，引起規(guī)定變形速度的應(yīng)力值
（2） 一定工作溫度下，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，使試件發(fā)生一定量總變形時(shí)的應(yīng)力值
6.2.2. 高溫持久強(qiáng)度
在給定溫度下，經(jīng)過一定時(shí)間而斷裂時(shí)所能承受的最大應(yīng)力。
表示材料在溫度t經(jīng)過τ而斷裂時(shí)所能承受的最大應(yīng)力
與蠕變區(qū)別：蠕變考慮變形為主，高溫持久強(qiáng)度主要考慮材料在長(zhǎng)期使用下的破壞抗力。
必須進(jìn)行長(zhǎng)期試驗(yàn)，應(yīng)用外推方法，可大大縮短時(shí)間。
外推法：（1）總結(jié)金屬材料試驗(yàn)數(shù)據(jù)，找出經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式，用以外推
（2）從微觀出發(fā)，建立應(yīng)力，溫度和斷裂時(shí)間的關(guān)系式。
等溫線法：在同一試驗(yàn)溫度下，用較高溫度應(yīng)力進(jìn)行短期試驗(yàn)數(shù)據(jù)。（加大強(qiáng)度）
是高溫條件下工作的重要指標(biāo)之一。
細(xì)小碳化物（Mo2C，VC）在晶內(nèi)析出，提高晶內(nèi)強(qiáng)度，削弱晶界強(qiáng)度，形成低塑性的晶間斷裂。
影響因素
（1） 合金元素
加入硼強(qiáng)化晶界，減小有害元素S等
（2） 金相組織
珠光體-F>貝氏體>馬氏體
（3） 熱處理
奧氏體化溫度d，回火溫度a
提高材料高溫強(qiáng)度關(guān)鍵
（1） 使在蠕變變形過程中受到阻礙而堆積的位錯(cuò)不容易重新開始運(yùn)動(dòng)
（2） 大力強(qiáng)化晶界，避免晶間開裂
6.5.1. 化學(xué)成分
6.5.1.1. C
<0.4%高溫強(qiáng)度隨碳增加而增加
不同鋼種有最佳值。
6.5.1.2. 其它合金元素影響
Mo可提高材料高溫強(qiáng)度
V,Nb,Ti可強(qiáng)烈形成碳化物，在鋼中形成彌散分布的沉淀相，有良好強(qiáng)化效果。
P強(qiáng)化晶界
（1） 每種合金元素的作用與其質(zhì)量分?jǐn)?shù)不成正比，往往有一最佳值。
（2） 每種合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，則單位質(zhì)量分?jǐn)?shù)所引起的作用越小。因而多元素，少質(zhì)量分?jǐn)?shù)的鋼種有良好的高溫性能
6.5.2. 冶煉方法
鋼中氣體量，晶界處的偏析，夾渣對(duì)鋼高溫性能影響大。
減小有害元素，選擇適當(dāng)?shù)囊睙挿椒?/span>
6.5.3. 金屬材料的組織結(jié)構(gòu)
6.5.3.1. 碳化物形狀分布
片狀彌散分布熱強(qiáng)性好，球狀聚集不好
6.5.3.2. 晶粒度
常溫下， 細(xì)晶粒具有高強(qiáng)度
高溫下細(xì)晶則易蠕變， 此時(shí)有個(gè)最佳值
6.5.4. 熱處理方法
熱處理后，在常溫下使用，不發(fā)生組織變化，可行
而在高溫下，不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)組織將發(fā)生變化，使高溫性能變壞。
6.5.5. 溫度波動(dòng)對(duì)鋼材高溫強(qiáng)度的影響
溫度對(duì)鋼和的高溫強(qiáng)度影響，主要有2方面
（1） 溫度的波動(dòng)使實(shí)際溫度高于規(guī)定溫度
（2） 附加熱應(yīng)力
6.6.1. 金屬材料的松馳特性
松馳：金屬材料在高溫和應(yīng)力狀態(tài)下，如果維持總變形量不變，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，應(yīng)力逐漸降低的現(xiàn)象。
如果總變形量不變，彈性變形轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄宰冃?/span>
應(yīng)力松馳分2階段，
第1階段應(yīng)力隨時(shí)間急劇降低，第2階段應(yīng)力下降緩慢并趨向恒定。恒定值為松馳極限。因?yàn)樗神Y極限小，通常不用它來評(píng)定材料的抗松馳能力，而用一定時(shí)間內(nèi)，材料中應(yīng)力的降低值
來表征材料抗松馳性能。
松馳穩(wěn)定系數(shù)S0，不考慮初應(yīng)力，更合理。a
6.6.2. 松馳的塑性應(yīng)變速度
低碳鋼只與應(yīng)力有關(guān)
合金鋼在第1階段與應(yīng)力和總應(yīng)變有關(guān)，第2階段，只與應(yīng)力有關(guān)。
6.6.3. 再緊固對(duì)松馳的影響
在動(dòng)力裝置上，常采用法蘭螺栓聯(lián)接，為了保證聯(lián)接的緊密性，使用一定時(shí)間后要再次緊固。
單純松馳與再緊固松馳見下圖:
6.6.4. 應(yīng)力松馳與蠕變的關(guān)系
松馳與蠕變有差別也有聯(lián)系
差別：蠕變是恒定應(yīng)力下，塑性變形隨時(shí)間的延長(zhǎng)而不斷增加的過程；松馳是恒定變形下，應(yīng)力隨時(shí)間的延長(zhǎng)不斷降低過程，此時(shí)塑性變形的增加是與彈性變形的減小等量同時(shí)發(fā)生。
聯(lián)系：本質(zhì)相同，松馳也可看作是應(yīng)力不斷降低時(shí)的多級(jí)蠕變。
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