考虑材料的高温强度时，除了温度与力学这二个最基 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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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：
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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
100 200 300 400 500 600 700 温度,℃
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。
仲裁试验时 ≤600：±3 >600~900:±5 >900~1200：±6 常规试验时，允许再 加2°波动
0.01mm
T 0.2
:
0.01mm
4
T 0.2
:
每格0T.2 0:.001.0m2mmm
T p
:
0.002mm
应变速度（加载速度）
屈服点或屈服强度前： ≤0.03l0/min（一般试验） ≤0.02l0/min（仲裁试验）
ε=1.0%/min ε=0.1%/min
Байду номын сангаас
450℃
10
20
30
40
50
60
70
应变ε%
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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
项目 标准名称
YB941 中国
ISO R-783 国际
ASTM E21 美国
≤982：±3
3
>982:±6
6
引伸仪精度
T 0.2
:
0.02%
T 0.01
:
每格
0.001mm
0.00T1.2 %: 0.01%
ET 0.002%
≤800：±5 5
300~600：±3 >600~800：±4 >800~1000：±6
≤600：±3 >600~800：±4 >800~1000:±6 >1000~1100:±8
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
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。
伸长率,% 断面收缩率,%
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。
穿晶断裂
晶粒
沿晶断裂
TTsK
温度
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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。
屈服强度前： 0.1%~0.3%/min 屈服点前：（0.5±0.2）%/min 屈服点后：（5±1）%/min 屈服强度前： （0.1~0.3）%/min 屈服点或屈服强度附近： （0.1~0.5）%/min 屈服强度后：（0.5~1.0）%/min
屈服点前：<5MPa/s
（0.04~0.1）l0/min 不大于80MPa/min
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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。
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。
BS3688 英国
JIS G0567 日本
DIN 50112 DIN 50118
德国
载荷 精度 <±1% <±1% <±1% <±0.5% <±1%
<±1%
ГОСТ9651 前苏联
<±1%
试验温度允差（℃）
波动
梯度
<600:±3
3
600~900：±4
4
>900~1200:±5
5
≤800：±5 >800~1000:±6
金属材料的高温强度
王印培 教授
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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。
– 峰值温度与材料的蓝脆温度相当。
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