0.01%
ET 0.002%
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T 0.2
:0.01mm
0T.2:每格 0T.2 0:.00.0m 12mmm
T p
:
0.002mm
7
材料在高温条件下，承受不同的载荷，其断裂所需的时间也不同。
不但断裂所需的时间随着承受的应力增加而缩短，而且断裂的形式也会 发生改变。
晶界强度与晶粒强度随温度增加而下降的趋势不同，在其交点 对应温度TS（称为等强温度）以上，材料由穿晶断裂变为沿晶 断裂。
形变速度愈低则TS愈低
强度
晶界
穿晶断裂
晶粒
沿晶断裂
TTsK
温度
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8
小结
强度随温度升高而降低，塑性则随温度升高而增加。 力学行为及性能与加载持续时间密切相关
在高温下即使承受应力小于该温度下的屈服强度，随着承载时间的增加 材料也会产生缓慢而连续的塑性变形，即材料将发生蠕变。
在高温下随承载时间的增加塑性会显著下降，材料的缺口敏感性增加， 断裂往往呈脆断现象。
60 50 40 30 20 10
0 0
20钢δ5 20钢δ10
15CrMo钢δ10
15CrMo钢δ5
100
200
300
400 温度50,0℃
600
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100 80 60 40 20 0 0
15CrMo钢
20钢
100
200
300
400
500
600
温度,℃
5
在高温条件下，应变速度对材料的强度也有明显 的影响。
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9
2. 蠕 变
金属在一定温度、一定应力（即使小于σs） 作用下，随着时间的增加而缓慢连续产生 塑性变形的现象称为蠕变。
蠕变在温度较低时也会发生，但只有在温度高 于0.3Tf（熔点温度）时才比较明显。
引起材料蠕变的应力状态可以是简单的（例如单向 拉伸、压缩、弯曲），也可能是复杂的；可以是静 态的，也可能是动态的。
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10
2.1蠕变曲线的定性分析
蠕变是材料力学性能之一，材料抗蠕变的能力是蠕变强度， 用蠕变极限表示。
材料抗蠕变断裂的能力用持久强度表示。
蠕变极限与持久强度用试验测定，测定出的蠕变曲线可能是恒应 力状态，也可能是恒温度状态曲线。
无论何种，典型的蠕变曲线都可以分为三个阶段，
pp力学这二个最基 本的因素之外，还必须考虑时间及介质因素的影响。
在高温条件下材料的变形机制增多，易发生塑性 变形，表现为强度降低，形变强化现象减弱，塑 性变形增加。
强度随温度升高而降低，塑性则随温度升高而增加。
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3
对于大多数碳钢、铬钼钢和奥氏体钢，强度极限 随温度的变化大致上可分为三个阶段：
温度影响材料的微观断裂方式。
环境介质对材料的腐蚀作用随着温度的升高而加剧，从而影响材料 的力学性能。
因此，材料的室温力学性能不能反映它在高温承载时的行为， 必须进行专门的高温性能试验，才能确定材料的高温力学性 能
而温度与时间是影响金属高温性能的重要因素，故研究金属 高温力学行为必须研究温度、应力和应变与时间的关系。
4
碳钢和Cr-Mo钢的伸长率和断面收缩率随温度的变 化也可分为三个阶段：
初始阶段、中间阶段和第三阶段。
在初始阶段，伸长率和断面收缩率随温度升高而逐渐下降； 中间阶段，伸长率和断面收缩率达到一个最低值，然后又开始回
升； 到第三阶段，随着温度的升高，伸长率和断面收缩率明显升高。
伸长率,% 断面收缩率,%
ε=1.0%/min ε=0.1%/min
450℃
10
20
30
40
50
60
70
应变ε%
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6
由于应变速率的这种影响，为了使高温短时拉伸试验的结 果能相互比较，其试验时间必须统一规定。
各国在试验标准中都对此作出了严格的要求
T 0.2
:0.02%
0 T.01:每格 0.00m1m
T 0.2
:
初始阶段、中间阶段和第三阶段。
在初始阶段温度较低，强度极限随着温度的升高而明显降低。 在中间阶段，强度极限随温度升高而缓慢下降。 在温度较高的第三阶段，强度极限急剧降低。
碳钢和某些低合金钢（如Cr-Mo钢、Cr-Mo-V钢）在中间阶段强 度极限会出现一个升高的峰值，这是时效硬化所造成的。
峰值温度与材料的蓝脆温度相当。
金属材料的强度预温度的关系
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1
内容
1. 金属材料在高温下的力学行为特点 2. 蠕变 3. 表征材料高温力学性能的强度指标 4. 高温强度的影响因素
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2
1.金属材料在高温下的力学行为特点
由于高温下原子扩散能力的增大，材料中空位数 量的增多以及晶界滑移系的改变或增加，使得材 料的高温强度与室温强度有很大的不同。
抗拉强度,MPa 屈服强度,MPa
700 600 500 400 300 200 100
0 0
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20钢
15CrMo钢
18-8不锈钢
200
400
600
800
温度,℃
400 350 300 250 200 150 100
50 0 0
15CrMo钢 20钢
18-8不锈钢
100 200 300 400 500 600 700 温度,℃
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12
蠕变第一阶段以晶内滑移和晶界滑移方式 进行。
蠕变初期由于攀移驱动力不足，因而滑移造成 的形变强化效应超过攀移造成的回复软化效应， 故变形速率不断降低。
蠕变初期可能在晶界台阶处或第二相质点附近 形成裂纹核心，也可能由于晶界滑动在三晶粒 交汇处受阻而形成裂纹核心。
应变速度越高，材料的强度也越高。
尽管室温下应变速度对强度也有影响，但在高温下这种影响要 大得多。
应力,MPa
450 400 350 300 250 200 150 100
50 0 0
ε=85%/min ε=10%/min ε=1.0%/min ε=0.1%/min
25℃
ε=85%/min ε=10%/min
不同金属材料在不同条件下得到的蠕变曲线是不同的
同一种金属材料蠕变曲线的形状也随应力和温度不同而不同
但一般而言，各种蠕变曲线差不多都保持着上述三个组成部分，只是各阶段持续时 间长短不一 左图表示了温度不变时应力对蠕变曲线的影响， 右图表示了应力不变时温度对蠕变曲线的影响。 由图可见，应力较小或温度较低时，蠕变第二阶段即稳定蠕变阶段延续很长。 反之则第二阶段可能很短甚至消失。这时蠕变只有第一阶段和第三阶段，材 料将在短时间内断裂。