沖擊韌性和冷脆轉(zhuǎn)變課件

2023/9/20工程材料力學(xué)性能1成分/組織結(jié)構(gòu)性能工藝過程表現(xiàn)2023/8/5工程材料力學(xué)性能1成分/組織結(jié)構(gòu)性能工藝過程2023/9/20工程材料力學(xué)性能2速率10-810-610-410-2100102104106類型蠕變準靜態(tài)中等沖擊高速沖擊加載恒應(yīng)力液壓或機械氣壓機械爆破沖擊2023/8/5工程材料力學(xué)性能2速率10-82023/9/20工程材料力學(xué)性能3第六章蠕變(creep)航空發(fā)動機正朝著推力大、耗油量低、推重比高和使用壽命長的方向發(fā)展，如美國綜合高性能渦輪發(fā)動機技術(shù)計劃指出：二十一世紀要發(fā)展推重比為20，巡航高度為21000m，Ma值為3~4，載彈1噸，耗油率降低50%，渦輪進口溫度將達到2000~2200℃。為了達到上述要求，主要是通過提高壓氣機增壓比和渦輪前的進口溫度以及其他設(shè)計方面采取的措施來實現(xiàn)的。所以，很明顯材料的高溫力學(xué)性能是制約發(fā)動機發(fā)展的重要因素之一。2023/8/5工程材料力學(xué)性能3第六章蠕變(creep)2023/9/20工程材料力學(xué)性能42023/8/5工程材料力學(xué)性能42023/9/20工程材料力學(xué)性能5蠕變－－材料在高溫和恒應(yīng)力作用下，發(fā)生緩慢的塑性變形。高溫是指材料工作溫度達到0.4~0.5Tm，Tm為熔點溫度在高溫下長時間服役，金屬的微觀結(jié)構(gòu)、形變和斷裂機制都會發(fā)生變化，室溫下具有優(yōu)良力學(xué)性能的材料，不一定在高溫下仍具有優(yōu)良的性能，因此，需要研究高溫性能。2023/8/5工程材料力學(xué)性能5蠕變－－材料在高溫和恒應(yīng)力2023/9/20工程材料力學(xué)性能62023/8/5工程材料力學(xué)性能62023/9/20工程材料力學(xué)性能7第一節(jié)蠕變和持久強度一、蠕變現(xiàn)象和蠕變曲線蠕變－－材料在高溫和恒應(yīng)力作用下，發(fā)生緩慢的塑性變形。常溫強度只是應(yīng)變的函數(shù)。高溫強度是應(yīng)變和時間的函數(shù)。不同材料出現(xiàn)蠕變的溫度不同。一般在0.4~0.5Tm或更高溫度出現(xiàn)蠕變現(xiàn)象。2023/8/5工程材料力學(xué)性能7第一節(jié)蠕變和持久強度一、2023/9/20工程材料力學(xué)性能8蠕變曲線－－在一定溫度和應(yīng)力作用下，應(yīng)變與時間的關(guān)系曲線。典型蠕變曲線分為三個階段：減速蠕變、恒速蠕變和加速蠕變。2023/8/5工程材料力學(xué)性能8蠕變曲線－－在一定溫度和應(yīng)2023/9/20工程材料力學(xué)性能92023/8/5工程材料力學(xué)性能92023/9/20工程材料力學(xué)性能10描述蠕變的經(jīng)驗關(guān)系：求導(dǎo)得：n一般小于1，t很小時，第1項起決定性作用，隨溫度增大，蠕變速率降低；t很大時，第2項起決定性作用，蠕變速率恒定。2023/8/5工程材料力學(xué)性能10描述蠕變的經(jīng)驗關(guān)系：求導(dǎo)2023/9/20工程材料力學(xué)性能11二、蠕變極限和持久強度表征蠕變現(xiàn)象需用一些材料性能指標，如蠕變極限、持久強度和塑性蠕變極限是高溫長時載荷下材料對變形的抗力指標。有兩種表示方法：

1、給定溫度下，產(chǎn)生規(guī)定蠕變速率的應(yīng)力值，

2、給定溫度下，規(guī)定時間內(nèi)使試樣產(chǎn)生一定蠕變應(yīng)變量的應(yīng)力值，

2023/8/5工程材料力學(xué)性能11二、蠕變極限和持久強度2023/9/20工程材料力學(xué)性能122023/8/5工程材料力學(xué)性能122023/9/20工程材料力學(xué)性能13蠕變極限是以蠕變變形來規(guī)定的，它適用于高溫運行中要嚴格控制變形的零件，如渦輪葉片。對于某些高溫下工作的零件，蠕變變形很小或是對變形量要求不嚴格，例如，鍋爐、管道等構(gòu)件，只要求零件在使用期內(nèi)不發(fā)生斷裂，這時要用持久強度來評價，在高溫長時間工作，材料可能有脆化傾向，這時要求測定持久塑性。

2023/8/5工程材料力學(xué)性能13蠕變極限是以蠕變變形2023/9/20工程材料力學(xué)性能14持久強度是材料在一定溫度下和規(guī)定時間內(nèi)，不發(fā)生蠕變斷裂的最大應(yīng)力，記作持久強度與斷裂壽命關(guān)系：

持久塑性用持久斷裂后的延伸率和斷面收縮率來表示，它反映材料在高溫長時間作用下的塑性性能，是衡量材料蠕變脆性的一個重要指標，如鍋爐中的導(dǎo)管、汽輪機中螺栓易發(fā)生脆斷。2023/8/5工程材料力學(xué)性能14持久強度是材料在一定2023/9/20工程材料力學(xué)性能15第二節(jié)蠕變變形和斷裂機理蠕變變形前，總伴有一定的瞬時塑性變形。這種變形是切應(yīng)力作用的結(jié)果，隨時間而產(chǎn)生的蠕變變形則來自一定溫度和應(yīng)力的共同作用。所以它與原子熱運動有關(guān)，它有兩方面的作用：協(xié)助受阻位錯克服障礙重新運動；在應(yīng)力協(xié)助下，原子直接大量地定向擴散。2023/8/5工程材料力學(xué)性能15第二節(jié)蠕變變形和斷裂機2023/9/20工程材料力學(xué)性能16一、蠕變變形

用相對蠕變溫度T/T熔來劃分蠕變變形：

1、低溫蠕變

T/T熔<0.25，受阻位錯中最容易激活的位錯首先運動，后來這些易動位錯逐漸耗盡，結(jié)果隨時間增長，可動位錯數(shù)不斷減少，導(dǎo)致減速蠕變。

2、位錯蠕變

T熔/2時，原子擴散加劇，受阻位錯借助原子擴散而得以繼續(xù)運動，這就使原滑移面上的位錯源得以繼續(xù)開動而放出新位錯。

3、擴散蠕變

T/T熔>0.5發(fā)生以大量原子定向流動為機制的擴散蠕變，空位從拉應(yīng)力區(qū)到壓應(yīng)力區(qū)，點陣原子反向移動。2023/8/5工程材料力學(xué)性能16一、蠕變變形2023/9/20工程材料力學(xué)性能172023/8/5工程材料力學(xué)性能172023/9/20工程材料力學(xué)性能182023/8/5工程材料力學(xué)性能182023/9/20工程材料力學(xué)性能19二、蠕變斷裂機理

1、晶界滑動機制中等蠕變溫度和較高應(yīng)力水平。

2、空位聚集機制較高溫度和較低應(yīng)力水平。

2023/8/5工程材料力學(xué)性能19二、蠕變斷裂機理2023/9/20工程材料力學(xué)性能202023/8/5工程材料力學(xué)性能202023/9/20工程材料力學(xué)性能212023/8/5工程材料力學(xué)性能212023/9/20工程材料力學(xué)性能222023/8/5工程材料力學(xué)性能222023/9/20工程材料力學(xué)性能23三、影響蠕變極限和