文档介绍：石油化工--合成氨,炼油,乙烯第八章材料的高温力学性能Hightemperaturemechanicalpropertiesofmetals化工设备的一些高温高压管道,虽然所承受的应力小于该工作温度下材料的屈服强度但在长期的使用过程中会产生缓慢而连续的塑性变形(蠕变),使管径逐渐增大,最后导致管道破裂。燃气涡轮发动机高温下钢的抗拉强度随载荷持续时间的增长而降低。试验表明,20#钢450℃时短时抗拉强度为320MPa,当试样承受225MPa的应力时,持续300小时断裂;如将应力降低到115MPa,持续10000小时也会断裂。在高温短时载荷作用下,材料的塑性增加,但在高温长时载荷作用下,塑性却显著降低,缺口敏感性增加,呈现脆性断裂现象。此外,温度和时间的联合作用还影响材料的断裂路径。涡***及叶片右图表示试验温度对长时载荷作用下金属断裂路径的影响。随着试验温度升高,金属的断裂由常温下的穿晶断裂过渡到沿晶断裂,这是由于温度升高时晶界和晶粒的强度都要降低,但晶界上原子排列不规则,扩散容易通过晶界进行,因此,晶界强度下降较快,两者强度相等时的温度TE称为等强温度。温度强度晶界晶粒TE等强温度低变形速率高变形速率晶粒TE1TE2温度和变形速率对金属断裂路径的影响温度强度TE并不是不变化的,比如变形速率对TE就有较大影响,如右图所示。由于晶界强度对变形速率的敏感性要比晶粒的大得多,因此TE随变形速率的增加而升高。晶界综上所述,金属材料在高温下的力学性能,不能只简单地用常温下短时拉伸的应力-应变曲线来评定,还必须考虑温度和时间两个因素。这里所指的温度“高”或“低”是相对于该金属的熔点而言的,故采用“约比温度”来说明。若实验温度为T,金属的熔点为Tm,当T/Tm>,反之为低温。不同的金属材料在同样的约比温度下其蠕变行为相似,力学性能的变化规律也相同。第一节、高温蠕变现象所谓蠕变:就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。蠕变曲线Ⅰ减速蠕变阶段(过渡蠕变)加工硬化-位错密度增加,形成亚结构Ⅱ恒速蠕变阶段(稳态蠕变)加工硬化与回复软化的平衡-位错结构不变Ⅲ加速蠕变阶段(失稳蠕变)空洞、微裂纹的形核,长大abcd温度t=常数应力σ=常数δ0图8-1典型的蠕变曲线伸长率δ时间τOⅠⅡⅢ蠕变变形是通过位错滑移、位错攀移等方式实现的。在常温下,若滑移面上位错运动受阻,产生塞积现象,滑移便不能进行。在高温蠕变条件下,由于热激活,就有可能使滑移面上塞积的位错进行攀移,形成小角度亚晶界(此即高温回复阶段的多边化),从而导致金属材料的软化,使滑移继续进行。蠕变第一阶段以晶内滑移和晶界滑动方式产生变形。位错刚开始运动时,障碍较少,蠕变速度较快。随后位错逐渐塞积、位错密度逐渐增大,晶格畸变不断增加,造成形变强化。在高温下,位错虽可通过攀移形成亚晶而产生回复软化,但在蠕变初期由于晶格畸变能较小,所以回复软化过程不太明显蠕变第二阶段,晶内变形以位错滑移和攀移方式交替进行,晶界变形以滑动和迁移方式交替进行。晶内滑移和晶界滑动使金属强化,但位错攀移和晶界迁移则使金属软化。由于强化和软化的交替作用,当达到平衡时,就使蠕变速度保持恒定。蠕变发展到第三阶段,由于裂纹迅速扩展,蠕变速度加快。当裂纹达到临界尺寸便产生蠕变断裂。减速蠕变+恒速蠕变+加速蠕变应力和温度对蠕变曲线影响:(a)等温曲线(σ4>σ3>σ2>σ1)(b)等应力曲线(t4>t3>t2>t1)时间τ伸长率δ时间τ伸长率δ应力σ4>σ3>σ2>σ1温度t4>t3>t2>t1σ4σ3σ2σ1t4t3t2t1图8-2应力和温度对蠕变曲线的影响