材料力學(xué)性能第八章- 金屬高溫力學(xué)性能

1、第八章第八章 金金屬屬高高溫力學(xué)性能溫力學(xué)性能主要內(nèi)容主要內(nèi)容金屬蠕變現(xiàn)象金屬蠕變現(xiàn)象金金屬高溫力學(xué)行為屬高溫力學(xué)行為蠕蠕變變形及斷裂機(jī)理變變形及斷裂機(jī)理高高溫性能指標(biāo)及影響因素溫性能指標(biāo)及影響因素金屬材料在高溫下的力學(xué)行為金屬材料在高溫下的力學(xué)行為 在高壓蒸汽鍋爐、汽輪機(jī)、柴油機(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)等設(shè)備中，很多機(jī)件長(zhǎng)期在高溫下服役。對(duì)于這類機(jī)件的材料，只考慮常溫短時(shí)靜載時(shí)的力學(xué)性能是不夠的。 如化工設(shè)備中高溫高壓管道，雖然承受的應(yīng)力小于該工作溫度下材料的屈服強(qiáng)度，但在長(zhǎng)期使用過程中會(huì)產(chǎn)生連續(xù)的塑性變形，使管徑逐步增大，甚至?xí)?dǎo)致管道破裂。民用機(jī)接近民用機(jī)接近1500，軍，軍用機(jī)在用機(jī)在2000左右

2、。左右。 對(duì)長(zhǎng)期在高溫條件下工作的金屬機(jī)件，如果僅考慮常溫短時(shí)靜載下的力學(xué)性能顯然是不夠的。因?yàn)闇囟群妥饔脮r(shí)間對(duì)金屬材料的力學(xué)性能影響很大。 1、溫度的影響：一般隨溫度升高，金屬材料的強(qiáng)度降低而塑性增加。 2、載荷持續(xù)時(shí)間的影響：如果不考慮環(huán)境介質(zhì)的影響，則可認(rèn)為材料的常溫靜載力學(xué)性能與載荷持續(xù)時(shí)間關(guān)系不大。但在高溫下，載荷持續(xù)時(shí)間對(duì)力學(xué)性能有很大影響。 0.5時(shí)，為“高溫”；反之則為“低溫” 。 意義：對(duì)于不同的金屬材料，在同樣的約比溫度下，其蠕變行為相似，其力學(xué)性能變化規(guī)律也是相同的。 8 81 1 金屬的蠕變現(xiàn)象金屬的蠕變現(xiàn)象 一、蠕變的定義 金屬在長(zhǎng)時(shí)間恒溫、恒載荷（即使應(yīng)力小于該溫度

3、下的屈服強(qiáng)度）作用下緩慢地產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象。 由蠕變變形導(dǎo)致的材料的斷裂，稱為稱為蠕變斷裂。 蠕變?cè)诘蜏叵乱矔?huì)產(chǎn)生，但只有當(dāng)約比溫度大于0.3時(shí)才比較顯著。如碳鋼超過300、合金鋼超過400時(shí)就必須考慮蠕變的影響。 二、金屬的蠕變過程二、金屬的蠕變過程 金屬的蠕變過程可用蠕變曲線來描金屬的蠕變過程可用蠕變曲線來描述：述：第一階段：ab 減速蠕變階段，又稱過渡蠕變階段。開始大，逐漸減速；第二階段：bc 恒速蠕變階段，又稱穩(wěn)態(tài)蠕變階段。速率幾乎保持不變；第三階段：cd 加速蠕變階段，逐漸增大，最后產(chǎn)生斷裂。蠕變曲線的常用經(jīng)驗(yàn)表達(dá)式kttn0瞬時(shí)應(yīng)變 減速蠕變 恒速蠕變 一般為小于1的正數(shù) ddt

4、蠕變速率蠕變速率 不同材料的蠕變曲線不同，同不同材料的蠕變曲線不同，同一材料的蠕變一材料的蠕變曲線隨著溫度高低及應(yīng)力的大小而有不曲線隨著溫度高低及應(yīng)力的大小而有不同：同：只有在適當(dāng)?shù)膽?yīng)力和溫度范圍才可清楚地顯示出減速蠕變階段、恒速蠕變階段和減速蠕變?nèi)齻€(gè)階段。 三、應(yīng)力松弛 對(duì)于在高溫下工作、依靠原始彈性變形獲得工作應(yīng)力的機(jī)件，在總變形量不變的前提下，彈性變形變?yōu)樗苄宰冃危瑥亩构ぷ鲬?yīng)力降低，導(dǎo)致失效。 在溫度及初始應(yīng)力一定時(shí)，材料中的應(yīng)力隨著時(shí)間的增加而減小的現(xiàn)象稱為應(yīng)力松弛。 可以看成應(yīng)力不斷降低條件下的蠕變過程。應(yīng)力松弛：應(yīng)力松弛：應(yīng)變a）、應(yīng)力b）隨時(shí)間變化曲線168-2 8-2 蠕變變

5、形與蠕變斷裂機(jī)理蠕變變形與蠕變斷裂機(jī)理 一、蠕變變形機(jī)理一、蠕變變形機(jī)理 金屬的蠕變變形主要通過位錯(cuò)滑移、原子擴(kuò)散等機(jī)理進(jìn)行，與溫度及應(yīng)力的變化有關(guān)。 （一）位錯(cuò)滑移蠕變 常溫下，如果滑移面上的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻產(chǎn)生塞積，滑移就不能進(jìn)行，只有在更大的切應(yīng)力作用下位移重新運(yùn)動(dòng)和增殖。 高溫下，位錯(cuò)可借助于外界提供的熱激活能和空位擴(kuò)散克服某些短程障礙，有利于加強(qiáng)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)（滑移、攀移、交滑移等），克服短程障礙。從而產(chǎn)生塑性變形。17當(dāng)當(dāng)塞積在某種障礙前的位錯(cuò)通過熱激活可以在新的滑移面上運(yùn)動(dòng)，或與異塞積在某種障礙前的位錯(cuò)通過熱激活可以在新的滑移面上運(yùn)動(dòng)，或與異號(hào)位錯(cuò)相遇對(duì)消、或形成亞晶界、或被晶界吸收號(hào)位

6、錯(cuò)相遇對(duì)消、或形成亞晶界、或被晶界吸收。18 在蠕變第一階段：由于蠕變變形逐步產(chǎn)生應(yīng)變硬化，使位錯(cuò)源移動(dòng)的阻力及位錯(cuò)滑移的阻力逐漸增大，使得蠕變速率不斷降低。也稱為“減速蠕變階段”。 蠕變第一階段是很短的，不超過幾百小時(shí)。一般在高溫下工作的機(jī)件所要求的壽命都設(shè)定在蠕變第二階段。 在蠕變第二階段：當(dāng)某一位錯(cuò)被激活發(fā)生攀移時(shí)，位錯(cuò)源再次放出一個(gè)位錯(cuò)，形成動(dòng)態(tài)回復(fù)過程，硬化與軟化達(dá)到平衡，蠕變速率為一常數(shù)。20 （二）擴(kuò)散蠕變（二）擴(kuò)散蠕變 這是在較高溫度下的一種蠕變變形機(jī)理，約比溫度t/tm0.5。 高溫和應(yīng)力的作用下，空位、原子的定向擴(kuò)散（不均勻應(yīng)力場(chǎng)）。 材料產(chǎn)生蠕變。21 承受拉應(yīng)力（A、B

7、晶界）的晶界，空位濃度減小；承受壓應(yīng)力（C、D晶界）的晶界，空位濃度增加。 這種晶體內(nèi)空位從受拉晶界向受壓晶界遷移，原子朝相反方向運(yùn)動(dòng)，使得晶體伸長(zhǎng)的蠕變，稱為擴(kuò)散蠕變。22 （三）晶界滑動(dòng)（三）晶界滑動(dòng) 高溫和應(yīng)力的作用下，因晶界上的原子容易高溫和應(yīng)力的作用下，因晶界上的原子容易擴(kuò)散，受力后晶界易產(chǎn)生滑動(dòng)（即晶粒發(fā)生轉(zhuǎn)擴(kuò)散，受力后晶界易產(chǎn)生滑動(dòng)（即晶粒發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)），也促進(jìn)蠕變進(jìn)行。動(dòng)），也促進(jìn)蠕變進(jìn)行。 晶界滑動(dòng)對(duì)蠕變的貢獻(xiàn)較小，一般在晶界滑動(dòng)對(duì)蠕變的貢獻(xiàn)較小，一般在10左左右；此機(jī)理不是獨(dú)立的機(jī)理，因晶界滑動(dòng)要與晶右；此機(jī)理不是獨(dú)立的機(jī)理，因晶界滑動(dòng)要與晶內(nèi)滑移變形相配合，否則不能維持晶界的

8、連續(xù)性，內(nèi)滑移變形相配合，否則不能維持晶界的連續(xù)性，導(dǎo)致晶界產(chǎn)生裂紋。導(dǎo)致晶界產(chǎn)生裂紋。 晶粒減小，晶界滑動(dòng)對(duì)蠕變的作用越大。晶粒減小，晶界滑動(dòng)對(duì)蠕變的作用越大。23 二、蠕變斷裂機(jī)理二、蠕變斷裂機(jī)理 實(shí)驗(yàn)表明，不同溫度及應(yīng)力條件下，晶界裂紋的形成方式有兩種： 1、在三晶粒交會(huì)處形成楔形裂紋 這是在高應(yīng)力和低溫下，由于晶界滑動(dòng)在三晶粒交會(huì)處受阻，造成應(yīng)力集中形成空洞，空洞互相連接形成楔形裂紋。高應(yīng)力和低溫下三晶交界處楔形裂紋鍋爐高溫耐熱鋼斷口組織25 2、在晶界上由空洞形成晶界裂紋在晶界上由空洞形成晶界裂紋 這是較低應(yīng)力和較高溫度下產(chǎn)生的裂紋。這是較低應(yīng)力和較高溫度下產(chǎn)生的裂紋。 這種裂紋出現(xiàn)

9、在晶界上突起的部位和細(xì)小的這種裂紋出現(xiàn)在晶界上突起的部位和細(xì)小的第二相質(zhì)點(diǎn)附近，由于晶界滑動(dòng)產(chǎn)生空洞，這些第二相質(zhì)點(diǎn)附近，由于晶界滑動(dòng)產(chǎn)生空洞，這些空洞長(zhǎng)大并連接，就形成裂紋。空洞長(zhǎng)大并連接，就形成裂紋。 由于蠕變斷裂主要在晶界上產(chǎn)生，所以晶界由于蠕變斷裂主要在晶界上產(chǎn)生，所以晶界的形態(tài)、晶界上的析出物和雜質(zhì)偏聚、晶粒大小的形態(tài)、晶界上的析出物和雜質(zhì)偏聚、晶粒大小和晶粒度的均勻性對(duì)蠕變斷裂都會(huì)產(chǎn)生很大影響。和晶粒度的均勻性對(duì)蠕變斷裂都會(huì)產(chǎn)生很大影響。26鍋爐高溫耐熱鋼斷口組織27三晶交界處滑移受阻，應(yīng)力集中，形成楔形裂紋：低溫高應(yīng)力晶界第二相質(zhì)點(diǎn)處，滑移受阻，形成空洞：高溫低應(yīng)力蠕變斷裂機(jī)理示

10、意圖 由由于蠕變斷裂主要在晶界上產(chǎn)生，所以晶界的于蠕變斷裂主要在晶界上產(chǎn)生，所以晶界的形態(tài)、晶界上的析出物和雜質(zhì)偏聚、晶粒大小和形態(tài)、晶界上的析出物和雜質(zhì)偏聚、晶粒大小和晶粒度的均勻性對(duì)蠕變斷裂都會(huì)產(chǎn)生很大影響。晶粒度的均勻性對(duì)蠕變斷裂都會(huì)產(chǎn)生很大影響。29 三、斷口特征三、斷口特征 1 1、宏觀特征宏觀特征 (1) 斷口附近產(chǎn)生斷口附近產(chǎn)生塑性變形塑性變形，在變形區(qū)附近有，在變形區(qū)附近有很多很多裂紋裂紋（斷裂機(jī)件表面出現(xiàn)（斷裂機(jī)件表面出現(xiàn)龜裂龜裂現(xiàn)象）；現(xiàn)象）； (2) 高高溫氧化，斷口表面被一層溫氧化，斷口表面被一層氧化膜氧化膜所覆蓋所覆蓋。302、微觀特征微觀特征 冰糖狀花樣的冰糖狀花樣

11、的沿晶斷裂沿晶斷裂。Ni基高溫合金基高溫合金發(fā)動(dòng)機(jī)葉片蠕變斷裂后形貌06Cr25Ni20奧氏體耐熱不銹鋼：奧氏體耐熱不銹鋼：在斷口的一些區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)頗多沿晶裂紋，其裂紋大多由非規(guī)則的空穴相連而成，并沿奧氏體晶界分布。管內(nèi)介質(zhì)為H2、N2、CO等，工作壓力為3.8kPa，工作溫度790，其中18管使用約4104h，28管使用8000h后斷裂。318-3 8-3 高溫力學(xué)性能指標(biāo)及其影響因素高溫力學(xué)性能指標(biāo)及其影響因素 一、蠕變極限一、蠕變極限 為了保證高溫長(zhǎng)時(shí)為了保證高溫長(zhǎng)時(shí)載荷作用下載荷作用下的機(jī)件不會(huì)產(chǎn)生的機(jī)件不會(huì)產(chǎn)生過量蠕變過量蠕變，要求金屬材料具有一定的，要求金屬材料具有一定的蠕變極限蠕變

12、極限。 1、定義定義 是材料在高溫長(zhǎng)時(shí)載荷作用下的塑性變形抗力是材料在高溫長(zhǎng)時(shí)載荷作用下的塑性變形抗力指標(biāo)指標(biāo)。32 2、表達(dá)方式表達(dá)方式 (1) 在規(guī)定溫度（在規(guī)定溫度（t）下，使試樣在規(guī)定時(shí)間內(nèi)）下，使試樣在規(guī)定時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)蠕變速率產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)蠕變速率 不超過規(guī)定值時(shí)的最大應(yīng)力，不超過規(guī)定值時(shí)的最大應(yīng)力，用用 表示表示 。 例如：例如：表示表示：在：在600，穩(wěn)態(tài)蠕變速率，穩(wěn)態(tài)蠕變速率 =110-5%/時(shí)的時(shí)的蠕變極限為蠕變極限為60MPa。ttMPa606001015600110-5%/h33 (2) 在規(guī)定溫度（在規(guī)定溫度（t）與試驗(yàn)時(shí)間（）與試驗(yàn)時(shí)間（）內(nèi)，使）內(nèi)，使試樣產(chǎn)生的蠕變

13、總伸長(zhǎng)率（試樣產(chǎn)生的蠕變總伸長(zhǎng)率（）不超過規(guī)定值的最）不超過規(guī)定值的最大應(yīng)力。用符號(hào)大應(yīng)力。用符號(hào) 表示。表示。 例如例如：表示表示：材料在：材料在500溫度下，溫度下，10萬小時(shí)，蠕變總伸萬小時(shí)，蠕變總伸長(zhǎng)率長(zhǎng)率=1%的蠕變極限為的蠕變極限為100MPa。 t/t/MPa10050010總伸長(zhǎng)量為1%3、選取選取 選用哪種表示方法，根據(jù)服役工況來確定。選用哪種表示方法，根據(jù)服役工況來確定。若蠕變速率大而服役時(shí)間短，可取表示方法。若蠕變速率大而服役時(shí)間短，可取表示方法。反之，服役時(shí)間長(zhǎng)，則取后一種表示方法。反之，服役時(shí)間長(zhǎng)，則取后一種表示方法。 35 4、測(cè)試測(cè)試 蠕

14、變?cè)囼?yàn)裝置。 具體試驗(yàn)時(shí)，在同一溫度下要用4個(gè)以上的不同應(yīng)力進(jìn)行蠕變?cè)囼?yàn)，到規(guī)定的時(shí)間（數(shù)百至數(shù)千小時(shí)）后停止； 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果繪出應(yīng)力-穩(wěn)態(tài)蠕變速率或應(yīng)力-總伸長(zhǎng)率關(guān)系曲線； 可采用較大的應(yīng)力，以較短的時(shí)間作出幾條蠕變曲線，根據(jù)所測(cè)定蠕變速率，用內(nèi)插或外推法求出規(guī)定蠕變速率的蠕變極限值。 36 試樣試樣7卡在夾頭卡在夾頭8上，然后置于電爐上，然后置于電爐6中中加熱，試樣溫度用捆加熱，試樣溫度用捆在試樣上的在試樣上的熱電偶熱電偶5測(cè)測(cè)定，爐溫用鉑電阻定，爐溫用鉑電阻2控控制，通過杠桿制，通過杠桿3和砝碼和砝碼4對(duì)試樣對(duì)試樣加載加載，使之承，使之承受一定的拉應(yīng)力，試受一定的拉應(yīng)力，試樣的樣的伸長(zhǎng)量

15、伸長(zhǎng)量用安裝在用安裝在爐外的引伸計(jì)爐外的引伸計(jì)1測(cè)量。測(cè)量。蠕蠕變測(cè)試設(shè)備變測(cè)試設(shè)備38用用內(nèi)插法或外推法內(nèi)插法或外推法求蠕變極限。求蠕變極限。 注意注意：用外推法時(shí)，蠕變速率只能比最低試驗(yàn)點(diǎn)的數(shù)據(jù)：用外推法時(shí)，蠕變速率只能比最低試驗(yàn)點(diǎn)的數(shù)據(jù)低一個(gè)數(shù)量級(jí)；否則，外推值不可靠。低一個(gè)數(shù)量級(jí)；否則，外推值不可靠。12Cr1MoV鋼 圖39 二、持久強(qiáng)度極限二、持久強(qiáng)度極限 1 1、定義、定義 在規(guī)定溫度（在規(guī)定溫度（t t）下，達(dá)到規(guī)定的持續(xù)時(shí)間）下，達(dá)到規(guī)定的持續(xù)時(shí)間（）而不發(fā)生斷裂的最大應(yīng)力。用）而不發(fā)生斷裂的最大應(yīng)力。用 表示表示。 2 2、選取、選取 對(duì)于設(shè)計(jì)某些在高溫運(yùn)轉(zhuǎn)過程中對(duì)于設(shè)計(jì)某

16、些在高溫運(yùn)轉(zhuǎn)過程中不考慮變形不考慮變形量大小量大小，而，而只考慮在承受給定應(yīng)力下使用壽命只考慮在承受給定應(yīng)力下使用壽命的的機(jī)件，一般選取持久強(qiáng)度。機(jī)件，一般選取持久強(qiáng)度。 如鍋爐的過熱蒸氣管，持久強(qiáng)度極限是很重如鍋爐的過熱蒸氣管，持久強(qiáng)度極限是很重要的性能指標(biāo)。要的性能指標(biāo)。t40 3 3、測(cè)試、測(cè)試 通過高溫拉伸持久試驗(yàn)測(cè)定。不需要測(cè)定樣品通過高溫拉伸持久試驗(yàn)測(cè)定。不需要測(cè)定樣品的伸長(zhǎng)量，只要測(cè)定試樣在規(guī)定時(shí)間和應(yīng)力作用下的伸長(zhǎng)量，只要測(cè)定試樣在規(guī)定時(shí)間和應(yīng)力作用下至斷裂的時(shí)間。至斷裂的時(shí)間。 對(duì)于設(shè)計(jì)壽命對(duì)于設(shè)計(jì)壽命幾百至數(shù)千小時(shí)的機(jī)件幾百至數(shù)千小時(shí)的機(jī)件，材料的，材料的持久強(qiáng)度極限可持久

17、強(qiáng)度極限可直接用同樣的時(shí)間進(jìn)行試驗(yàn)確定直接用同樣的時(shí)間進(jìn)行試驗(yàn)確定。 對(duì)于壽命長(zhǎng)的機(jī)件，使用對(duì)于壽命長(zhǎng)的機(jī)件，使用數(shù)萬以上小時(shí)數(shù)萬以上小時(shí)，不可，不可能長(zhǎng)時(shí)間做測(cè)試，所以類似于蠕變?cè)囼?yàn)，一般做應(yīng)能長(zhǎng)時(shí)間做測(cè)試，所以類似于蠕變?cè)囼?yàn)，一般做應(yīng)力較大、時(shí)間較短（數(shù)百小時(shí)）的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪出力較大、時(shí)間較短（數(shù)百小時(shí)）的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪出直線，通過直線，通過外推法外推法來求持久強(qiáng)度極限。來求持久強(qiáng)度極限。414243 三、剩余應(yīng)力三、剩余應(yīng)力 1、松弛穩(wěn)定性松弛穩(wěn)定性：金屬材料抵抗應(yīng)力松弛的性能。：金屬材料抵抗應(yīng)力松弛的性能?？赏ㄟ^應(yīng)力松弛試驗(yàn)測(cè)定的應(yīng)力松弛曲線來評(píng)定。可通過應(yīng)力松弛試驗(yàn)測(cè)定的應(yīng)力松弛曲線來

18、評(píng)定。 2、金屬的松弛曲線金屬的松弛曲線：在規(guī)定溫度下，對(duì)試樣施：在規(guī)定溫度下，對(duì)試樣施加載荷，保持初始變形恒定，測(cè)定試樣上的應(yīng)力隨加載荷，保持初始變形恒定，測(cè)定試樣上的應(yīng)力隨時(shí)間延長(zhǎng)而降低的曲線。時(shí)間延長(zhǎng)而降低的曲線。 3、剩余應(yīng)力剩余應(yīng)力：應(yīng)力松弛試驗(yàn)中任一時(shí)間試樣上：應(yīng)力松弛試驗(yàn)中任一時(shí)間試樣上所保持的應(yīng)力，用所保持的應(yīng)力，用r。是評(píng)定金屬材料應(yīng)力松弛穩(wěn)。是評(píng)定金屬材料應(yīng)力松弛穩(wěn)定性的指標(biāo)。定性的指標(biāo)。 4、松弛應(yīng)力松弛應(yīng)力：試樣上所減少的應(yīng)力，即初始應(yīng)：試樣上所減少的應(yīng)力，即初始應(yīng)力與剩余應(yīng)力之差，用力與剩余應(yīng)力之差，用re表示表示 。4445 對(duì)于不同金屬材料或同種材料經(jīng)過不同的熱對(duì)

19、于不同金屬材料或同種材料經(jīng)過不同的熱處理，在相同試驗(yàn)溫度和初始應(yīng)力下，經(jīng)規(guī)定時(shí)間處理，在相同試驗(yàn)溫度和初始應(yīng)力下，經(jīng)規(guī)定時(shí)間后，后，剩余應(yīng)力越高，松弛穩(wěn)定性越好剩余應(yīng)力越高，松弛穩(wěn)定性越好。 例如：例如：20Cr1Mo1V1鋼廣泛應(yīng)用于氣輪機(jī)、燃鋼廣泛應(yīng)用于氣輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)緊固件，經(jīng)過不同的熱處理工藝（正火、油氣輪機(jī)緊固件，經(jīng)過不同的熱處理工藝（正火、油淬回火）后的應(yīng)力松弛曲線（初始應(yīng)力淬回火）后的應(yīng)力松弛曲線（初始應(yīng)力0300MPa）如圖所示可見，正火工藝的剩余應(yīng)力高，）如圖所示可見，正火工藝的剩余應(yīng)力高，說明其具有較好的應(yīng)力松弛穩(wěn)定性。說明其具有較好的應(yīng)力松弛穩(wěn)定性。46 四、影響金屬高溫

20、力學(xué)性能的主要因素四、影響金屬高溫力學(xué)性能的主要因素 根據(jù)蠕變變形與斷裂機(jī)理可知，要提高蠕變根據(jù)蠕變變形與斷裂機(jī)理可知，要提高蠕變極限，必須控制位錯(cuò)攀移的速率，要提高持久強(qiáng)極限，必須控制位錯(cuò)攀移的速率，要提高持久強(qiáng)度極限，必須控制晶界的滑動(dòng)。度極限，必須控制晶界的滑動(dòng)。 也就是說要提高金屬材料的高溫力學(xué)性能，也就是說要提高金屬材料的高溫力學(xué)性能，就應(yīng)就應(yīng)控制晶內(nèi)及晶界的原子擴(kuò)散過程控制晶內(nèi)及晶界的原子擴(kuò)散過程。這主要取。這主要取決于合金的化學(xué)成分、冶煉工藝、熱處理工藝等決于合金的化學(xué)成分、冶煉工藝、熱處理工藝等因素。因素。47 （一）合金化學(xué)成分的影響（一）合金化學(xué)成分的影響 位錯(cuò)越過障礙所需

21、的蠕變激活能越高的金屬，位錯(cuò)越過障礙所需的蠕變激活能越高的金屬，越難產(chǎn)生蠕變變形。越難產(chǎn)生蠕變變形。 實(shí)驗(yàn)表明純金屬的實(shí)驗(yàn)表明純金屬的蠕變激活能蠕變激活能大約與其大約與其擴(kuò)散激擴(kuò)散激活能活能接近，所以接近，所以耐熱鋼及合金的基體材料一般選用耐熱鋼及合金的基體材料一般選用熔點(diǎn)高、自擴(kuò)散激活能大或?qū)渝e(cuò)能低的金屬及合金。熔點(diǎn)高、自擴(kuò)散激活能大或?qū)渝e(cuò)能低的金屬及合金。 可加入：可加入：熔點(diǎn)高的熔點(diǎn)高的Me ，含有能形成彌散相的含有能形成彌散相的Me、能增加晶界擴(kuò)散激活能的能增加晶界擴(kuò)散激活能的Me（硼、稀土）。（硼、稀土）。詳細(xì)如下詳細(xì)如下48 (1) 在基體中加入在基體中加入鉻、鉬、鎢、鈮鉻、鉬、鎢

22、、鈮等形成單相固等形成單相固溶體，除產(chǎn)生固溶強(qiáng)化外，還因溶體，除產(chǎn)生固溶強(qiáng)化外，還因Me使層錯(cuò)能降低，使層錯(cuò)能降低，易形成擴(kuò)展位錯(cuò)，且溶質(zhì)原子與溶劑原子的結(jié)合力易形成擴(kuò)展位錯(cuò)，且溶質(zhì)原子與溶劑原子的結(jié)合力較強(qiáng)，增大了較強(qiáng)，增大了擴(kuò)散激活能擴(kuò)散激活能，從而，從而提高提高蠕變極限。蠕變極限。 (2) 加入能形成加入能形成彌散相彌散相的，彌散相能強(qiáng)烈阻礙位的，彌散相能強(qiáng)烈阻礙位錯(cuò)的滑移，是提高高溫強(qiáng)度的有效方法。彌散相粒錯(cuò)的滑移，是提高高溫強(qiáng)度的有效方法。彌散相粒子子硬度越高，彌散度越大，穩(wěn)定性越高硬度越高，彌散度越大，穩(wěn)定性越高，則，則強(qiáng)化作強(qiáng)化作用越好用越好。 (3) 添加能添加能增加晶界擴(kuò)散激

23、活能增加晶界擴(kuò)散激活能的，如的，如硼、稀土硼、稀土等，既能阻礙晶界滑動(dòng)，又增大晶界裂紋面的表面等，既能阻礙晶界滑動(dòng)，又增大晶界裂紋面的表面能，對(duì)提高蠕變極限和持久強(qiáng)度極限有效。能，對(duì)提高蠕變極限和持久強(qiáng)度極限有效。49 （二）冶煉工藝的影響（二）冶煉工藝的影響 冶煉時(shí)：冶煉時(shí)：盡量減少夾雜物和某些冶金缺陷盡量減少夾雜物和某些冶金缺陷。 各種耐熱鋼及高溫合金對(duì)冶煉工藝的要求較高，各種耐熱鋼及高溫合金對(duì)冶煉工藝的要求較高，由于鋼中的由于鋼中的夾雜物夾雜物和和某些冶金缺陷某些冶金缺陷會(huì)使材料的持久會(huì)使材料的持久強(qiáng)度極限降低。強(qiáng)度極限降低。 高溫合金對(duì)高溫合金對(duì)雜質(zhì)元素及氣體含量雜質(zhì)元素及氣體含量要求很嚴(yán)格，要求很嚴(yán)格，即使含量只有十萬分之一，當(dāng)其在晶界偏聚后，會(huì)即使含量只有十萬分之一，當(dāng)其在晶界偏聚后，會(huì)導(dǎo)致晶界的嚴(yán)重弱化，使熱彈性降低。導(dǎo)致晶界的嚴(yán)重弱化，使熱彈性降低。 50 （三）熱處理工藝的影響（三）熱處理工藝的影響 不同鋼種其熱處理工藝不同不同鋼種其熱處理工藝不同。 例：例：珠光體耐熱鋼珠光體耐熱鋼一般采用正火一般采用正火+高溫回火工高溫回火工藝，正火溫度較高，以促使碳化物充分溶于奧氏體藝，正火溫度較高，以促使碳化物充分溶于奧氏體中，回火溫度高于使用溫度中，回火溫度高于使用溫度100150，以提高，以提高使用溫度下的組織穩(wěn)定性。使用溫度下的組織穩(wěn)定性。 采用采用形變熱處理