加入Cr，Mo，W，Nb，使固溶强化； ↓层错能，↑扩散激活能； 化学相互作用、形成短程有序等。
——S、P、Pb、Sn、Bi、Sb为有害杂质元素 ——马氏体的固溶强化并不适用
3 系出物与杂质物的影响 加入合金元素，生成弥散强化相，阻碍滑移和攀移，
↑高温强度。 ——须为热力学稳定的第二相 如钢中采用特殊碳化物、氮化物等 ——非金属夹杂物有害
第八章 金属高温力学性能
在高压蒸汽锅炉、汽轮机、柴油机、航空发 动机等设备中，很多机件长期在高温下服役。对 于这类机件的材料，只考虑常温短时静载时的力 学性能是不够的。
高温 影响
蠕变 及其机理
高温力学 性能指标
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1、温度的影响：一般随温度升高， 金属材料的强度降低而塑性增加。
2、载荷持续时间的影响： 在高温下，载荷持续时间对力学性能 有很大影响。 例 如 ： 钢 的 σb 随 载 荷 持 续 时 间 ↑ 而 ↓
在给定温度t下，达到规定 的持续时间τ而不发生断裂的
最大应力，以MPa表示。
用t 表示: 1701003＝30MPa，
表示该合金在700C、1000h的 持久强度极限为30MPa。
蠕变极限 高温长期载荷下对塑性
变形的抗力（考虑了变形量）
持久强度极限 高温长期载荷下对断
裂的抗力（不考虑变形量）
三、剩余应力 1、松弛稳定性：金属材料抵抗应力松弛的性能。可通 过应力松弛试验测定的应力松弛曲线来评定。 2、金属的松弛曲线：在规定温度下，对试样施加载荷， 保持初始变形恒定，测定试样上的应力随时间延长而降低的 曲线。 3、剩余应力：应力松弛试验中任一时间试样上所保持 的应力，用σr（以前用σsh）。是评定金属材料应力松弛稳 定性的指标。 4、松弛应力：试样上所减少的应力，即初始应力与剩 余应力之差，用σre表示（以前用σso） 。
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金属的蠕变过程
第一阶段：ab 减速蠕变阶段，又 称过渡蠕变阶段。开始大，逐渐 减速； 第二阶段：bc 恒速蠕变阶段，又 称稳态蠕变阶段。速率几乎保持 不变； 第三阶段：cd 加速蠕变阶段，逐 渐增大，最后产生断裂。
应力较小、温度较低时：蠕变的恒速蠕变阶段持续时间长， 甚至不出现加速蠕变阶段；
应力较大、温度较高时：蠕变恒速蠕变阶段持续时间短，甚 至消失，试样在短时间内断裂，主要为加速蠕变。
机制一：在三晶粒交会处形成楔形裂纹
高应力，较低温度下，晶界滑动在三晶粒交汇处受阻 →应力集中→形成空洞→相互连接形成楔形裂纹→长大→ 引起断裂
楔形裂纹形成示意图
机制二：在晶界上由空洞形成晶界裂纹
较低应力，较高温度下 当晶界受垂直拉应力作用时，周围晶界或 晶粒内部的空穴聚集于此晶界，形成空洞 核心→空洞超过临界尺寸（r）而稳定存在 →长大→引起断裂。
属，蠕变极限↑。——高温材料设计依据 自扩散系数： bcc>fcc>hcp>金钢石型 ——自扩散系数大，自扩散激活能小
故：——fcc的蠕变极限>bcc
——金钢石型的陶瓷材料具有优良的或微量杂质原子，尤其是高熔点、
与基体金属原子尺寸相差较大的溶质原子，可使蠕 变极限提高。
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初始应力σ0
松弛试验中，试样上所减少 的应力——松弛应力σso
任一时间试样上所保持的 金属应力松弛曲线 应力——剩余应力σsh
对于不同金属材料或同种材料经过不同的热 处理，在相同试验温度和初始应力下，经规 定时间后，剩余应力越高，松弛稳定性越好。
四、影响金属高温力学性能的主要因素 1、基体金属与晶体结构的影响 通常熔点高，自扩散激活能大，层错能低的金
当约比温度>0.5时——高温状态。 当约比温度<0.5时——低温状态。
意义：对于不同的金属材料，在同样的约比温 度下，其蠕变行为相似，其力学性能变化规律也是 相同的。
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§8－1 金属的蠕变现象
金属在长时间恒温、恒载荷（即使应力小于该温度 下的屈服强度）作用下缓慢地产生塑性变形的现象。
蠕变在低温下也会产生，但只有当约比温度 大于0.3时才比较显著。如碳钢超过300℃、合金 钢超过400℃时就必须考虑蠕变的影响。
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蠕变
应力松弛
在总变形量不变的前提下，弹性变形 变为塑性变形，从而使工作应力降低， 导致失效。
在温度及初始应力一定时，材料中的 应力随着时间的增加而减小的现象称 为应力松弛。
金属应力松弛曲线
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§8-2 蠕变变形与蠕变断裂机理
一、蠕变变形机理 金属的蠕变变形主要通过位错滑移、原子扩散 等机理进行，与温度及应力的变化有关。 （一）位错滑移蠕变
在蠕变第二阶段产生规定稳态蠕
变速率的最大应力。
t
600℃
600 1105
80MPa
1×10－5 ％/h
2. 在 给 定 温 度 t 和 规 定 时 间 τ(小时)内，使试样产生规定蠕 变变形量δ的最大应力。
t /
500℃
500 1/105
100MPa
总伸长为1%
100000h
二.持久强度极限
空洞位置：晶界上的凸起部位，细小的第 二相质点附近，（晶界夹杂物）
§8-3 高温力学性能指标及其影响因素 一、蠕变极限 为了保证高温长时载荷作用下的机件不会产生 过量蠕变，要求金属材料具有一定的蠕变极限。
是材料在高温长时载荷作用下的塑性变形抗力指标。
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蠕变极限的表示方法
1.在给定的温度下，使试样
常温下：
位错的增殖与运动→产生塑性变形
→位错运动受阻→变形停止。
高温下：
外界提供热激活能，促进原子扩散
→位错持续运动→产生了蠕变变形。
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（二）扩散蠕变
在更高温度（约比温度 t/tm>0.5，甚至接近于Tm时） →原子扩散进一步加剧 →较多数量的原子(空位)直接 发生迁移性扩散
→扩散蠕变。
二、蠕变断裂机理
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温度和时间对断裂路径的影响 温度T↑，载荷t↑ ，断裂
由穿晶断裂过渡到沿晶断裂。
变形速率对金属断裂路径的影响 变形速率↑，TE↑。
等 强 温 度 (TE) 概 念 —— 晶 粒 与晶界两者强度相等的温度， 称为等强温度。
T<TE时，穿晶断裂。 T>TE时，沿晶断裂。
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约比温度
使用温度 (K) 合金熔点(K)
4、晶粒度的影响 T<TE，细晶粒钢强度高。 T>TE，粗晶粒钢强度高。 采用适当的晶粒度，例2－3级 ——因为晶粒太大，δ↓，Ak↓