沖擊韌性和冷脆轉(zhuǎn)變課件

2022/12/12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)2022/12/11工程材料力學(xué)性能1成分/組織結(jié)構(gòu)性能工藝2022/12/12工程材料力學(xué)性能2速率10-810-610-410-2100102104106類型蠕變準(zhǔn)靜態(tài)中等沖擊高速?zèng)_擊加載恒應(yīng)力液壓或機(jī)械氣壓機(jī)械爆破沖擊2022/12/11工程材料力學(xué)性能2速率10-82022/12/12工程材料力學(xué)性能3第六章蠕變(creep)航空發(fā)動(dòng)機(jī)正朝著推力大、耗油量低、推重比高和使用壽命長(zhǎng)的方向發(fā)展，如美國(guó)綜合高性能渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)計(jì)劃指出：二十一世紀(jì)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(jìn)口溫度將達(dá)到2000~2200℃。為了達(dá)到上述要求，主要是通過提高壓氣機(jī)增壓比和渦輪前的進(jìn)口溫度以及其他設(shè)計(jì)方面采取的措施來實(shí)現(xiàn)的。所以，很明顯材料的高溫力學(xué)性能是制約發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的重要因素之一。2022/12/11工程材料力學(xué)性能3第六章蠕變(cree2022/12/12工程材料力學(xué)性能42022/12/11工程材料力學(xué)性能42022/12/12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(dá)到0.4~0.5Tm，Tm為熔點(diǎn)溫度在高溫下長(zhǎng)時(shí)間服役，金屬的微觀結(jié)構(gòu)、形變和斷裂機(jī)制都會(huì)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。2022/12/11工程材料力學(xué)性能5蠕變－－材料在高溫和恒2022/12/12工程材料力學(xué)性能62022/12/11工程材料力學(xué)性能62022/12/12工程材料力學(xué)性能7第一節(jié)蠕變和持久強(qiáng)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(qiáng)度只是應(yīng)變的函數(shù)。高溫強(qiáng)度是應(yīng)變和時(shí)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。2022/12/11工程材料力學(xué)性能7第一節(jié)蠕變和持久強(qiáng)度2022/12/12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(shí)間的關(guān)系曲線。典型蠕變曲線分為三個(gè)階段：減速蠕變、恒速蠕變和加速蠕變。2022/12/11工程材料力學(xué)性能8蠕變曲線－－在一定溫度2022/12/12工程材料力學(xué)性能92022/12/11工程材料力學(xué)性能92022/12/12工程材料力學(xué)性能10描述蠕變的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系：求導(dǎo)得：n一般小于1，t很小時(shí)，第1項(xiàng)起決定性作用，隨溫度增大，蠕變速率降低；t很大時(shí)，第2項(xiàng)起決定性作用，蠕變速率恒定。2022/12/11工程材料力學(xué)性能10描述蠕變的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系：2022/12/12工程材料力學(xué)性能11二、蠕變極限和持久強(qiáng)度表征蠕變現(xiàn)象需用一些材料性能指標(biāo)，如蠕變極限、持久強(qiáng)度和塑性蠕變極限是高溫長(zhǎng)時(shí)載荷下材料對(duì)變形的抗力指標(biāo)。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(shí)間內(nèi)使試樣產(chǎn)生一定蠕變應(yīng)變量的應(yīng)力值，

2022/12/11工程材料力學(xué)性能11二、蠕變極限和持久強(qiáng)2022/12/12工程材料力學(xué)性能122022/12/11工程材料力學(xué)性能122022/12/12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(yùn)行中要嚴(yán)格控制變形的零件，如渦輪葉片。對(duì)于某些高溫下工作的零件，蠕變變形很小或是對(duì)變形量要求不嚴(yán)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(shí)要用持久強(qiáng)度來評(píng)價(jià)，在高溫長(zhǎng)時(shí)間工作，材料可能有脆化傾向，這時(shí)要求測(cè)定持久塑性。

2022/12/11工程材料力學(xué)性能13蠕變極限是以蠕變2022/12/12工程材料力學(xué)性能14持久強(qiáng)度是材料在一定溫度下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)，不發(fā)生蠕變斷裂的最大應(yīng)力，記作持久強(qiáng)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(zhǎng)時(shí)間作用下的塑性性能，是衡量材料蠕變脆性的一個(gè)重要指標(biāo)，如鍋爐中的導(dǎo)管、汽輪機(jī)中螺栓易發(fā)生脆斷。2022/12/11工程材料力學(xué)性能14持久強(qiáng)度是材料在2022/12/12工程材料力學(xué)性能15第二節(jié)蠕變變形和斷裂機(jī)理蠕變變形前，總伴有一定的瞬時(shí)塑性變形。這種變形是切應(yīng)力作用的結(jié)果，隨時(shí)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(yùn)動(dòng)有關(guān)，它有兩方面的作用：協(xié)助受阻位錯(cuò)克服障礙重新運(yùn)動(dòng)；在應(yīng)力協(xié)助下，原子直接大量地定向擴(kuò)散。2022/12/11工程材料力學(xué)性能15第二節(jié)蠕變變形和斷2022/12/12工程材料力學(xué)性能16一、蠕變變形

用相對(duì)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(cuò)中最容易激活的位錯(cuò)首先運(yùn)動(dòng)，后來這些易動(dòng)位錯(cuò)逐漸耗盡，結(jié)果隨時(shí)間增長(zhǎng)，可動(dòng)位錯(cuò)數(shù)不斷減少，導(dǎo)致減速蠕變。

2、位錯(cuò)蠕變

T熔/2時(shí)，原子擴(kuò)散加劇，受阻位錯(cuò)借助原子擴(kuò)散而得以繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，這就使原滑移面上的位錯(cuò)源得以繼續(xù)開動(dòng)而放出新位錯(cuò)。

3、擴(kuò)散蠕變

T/T熔>0.5發(fā)生以大量原子定向流動(dòng)為機(jī)制的擴(kuò)散蠕變，空位從拉應(yīng)力區(qū)到壓應(yīng)力區(qū)，點(diǎn)陣原子反向移動(dòng)。2022/12/11工程材料力學(xué)性能16一、蠕變變形2022/12/12工程材料力學(xué)性能172022/12/11工程材料力學(xué)性能172022/12/12工程材料力學(xué)性能182022/12/11工程材料力學(xué)性能182022/12/12工程材料力學(xué)性能19二、蠕變斷裂機(jī)理

1、晶界滑動(dòng)機(jī)制中等蠕變溫度和較高應(yīng)力水平。

2、空位聚集機(jī)制較高溫度和較低應(yīng)力水平。

2022/12/11工程材料力學(xué)性能19二、蠕變斷裂機(jī)理2022/12/12工程材料力學(xué)性能202022/12/11工程材料力學(xué)性能202022/12/12工程材料力學(xué)性能212022/12/11工程材料力學(xué)性能212022/12/12工程材料力學(xué)性能222022/12/11工程材料力學(xué)性能222022/12/12工程材料力學(xué)性能23三、影響蠕變極限和持久強(qiáng)度的因素提高蠕變抗力關(guān)鍵在于：

1、使受阻位錯(cuò)不易由交滑移和攀移而松弛；

2、強(qiáng)化晶界。

1、合金化和晶體結(jié)構(gòu)面心材料高溫強(qiáng)度＞體心材料，金剛石型結(jié)構(gòu)最高。

2、晶粒度和晶界結(jié)構(gòu)2022/12/11工程材料力學(xué)性能23三、影響蠕變極限和持2022/12/12工程材料力學(xué)性能24成分/組織結(jié)構(gòu)性能工藝過程表現(xiàn)2022/12/11工程材料力學(xué)性能1成分/組織結(jié)構(gòu)性能工藝2022/12/12工程材料力學(xué)性能25速率10-810-610-410-2100102104106類型蠕變準(zhǔn)靜態(tài)中等沖擊高速?zèng)_擊加載恒應(yīng)力液壓或機(jī)械氣壓機(jī)械爆破沖擊2022/12/11工程材料力學(xué)性能2速率10-82022/12/12工程材料力學(xué)性能26第六章蠕變(creep)航空發(fā)動(dòng)機(jī)正朝著推力大、耗油量低、推重比高和使用壽命長(zhǎng)的方向發(fā)展，如美國(guó)綜合高性能渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)計(jì)劃指出：二十一世紀(jì)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(jìn)口溫度將達(dá)到2000~2200℃。為了達(dá)到上述要求，主要是通過提高壓氣機(jī)增壓比和渦輪前的進(jìn)口溫度以及其他設(shè)計(jì)方面采取的措施來實(shí)現(xiàn)的。所以，很明顯材料的高溫力學(xué)性能是制約發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的重要因素之一。2022/12/11工程材料力學(xué)性能3第六章蠕變(cree2022/12/12工程材料力學(xué)性能272022/12/11工程材料力學(xué)性能42022/12/12工程材料力學(xué)性能28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(dá)到0.4~0.5Tm，Tm為熔點(diǎn)溫度在高溫下長(zhǎng)時(shí)間服役，金屬的微觀結(jié)構(gòu)、形變和斷裂機(jī)制都會(huì)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。2022/12/11工程材料力學(xué)性能5蠕變－－材料在高溫和恒2022/12/12工程材料力學(xué)性能292022/12/11工程材料力學(xué)性能62022/12/12工程材料力學(xué)性能30第一節(jié)蠕變和持久強(qiáng)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(qiáng)度只是應(yīng)變的函數(shù)。高溫強(qiáng)度是應(yīng)變和時(shí)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。2022/12/11工程材料力學(xué)性能7第一節(jié)蠕變和持久強(qiáng)度2022/12/12工程材料力學(xué)性能31蠕變曲線－－在一定溫度和應(yīng)力作用下，應(yīng)變與時(shí)間的關(guān)系曲線。典型蠕變曲線分為三個(gè)階段：減速蠕變、恒速蠕變和加速蠕變。2022/12/11工程材料力學(xué)性能8蠕變曲線－－在一定溫度2022/12/12工程材料力學(xué)性能322022/12/11工程材料力學(xué)性能92022/12/12工程材料力學(xué)性能33描述蠕變的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系：求導(dǎo)得：n一般小于1，t很小時(shí)，第1項(xiàng)起決定性作用，隨溫度增大，蠕變速率降低；t很大時(shí)，第2項(xiàng)起決定性作用，蠕變速率恒定。2022/12/11工程材料力學(xué)性能10描述蠕變的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系：2022/12/12工程材料力學(xué)性能34二、蠕變極限和持久強(qiáng)度表征蠕變現(xiàn)象需用一些材料性能指標(biāo)，如蠕變極限、持久強(qiáng)度和塑性蠕變極限是高溫長(zhǎng)時(shí)載荷下材料對(duì)變形的抗力指標(biāo)。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(shí)間內(nèi)使試樣產(chǎn)生一定蠕變應(yīng)變量的應(yīng)力值，

2022/12/11工程材料力學(xué)性能11二、蠕變極限和持久強(qiáng)2022/12/12工程材料力學(xué)性能352022/12/11工程材料力學(xué)性能122022/12/12工程材料力學(xué)性能36蠕變極限是以蠕變變形來規(guī)定的，它適用于高溫運(yùn)行中要嚴(yán)格控制變形的零件，如渦輪葉片。對(duì)于某些高溫下工作的零件，蠕變變形很小或是對(duì)變形量要求不嚴(yán)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(shí)要用持久強(qiáng)度來評(píng)價(jià)，在高溫長(zhǎng)時(shí)間工作，材料可能有脆化傾向，這時(shí)要求測(cè)定持久塑性。

2022/12/11工程材料力學(xué)性能13蠕變極限是以蠕變2022/12/12工程材料力學(xué)性能37持久強(qiáng)度是材料在一定溫度下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)，不發(fā)生蠕變斷裂的最大應(yīng)力，記作持久強(qiáng)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(zhǎng)時(shí)間作用下的塑性性能，是衡量材料蠕變脆性的一個(gè)重要指標(biāo)，如鍋爐中的導(dǎo)管、汽輪機(jī)中螺栓易發(fā)生脆斷。2022/12/11工程材料力學(xué)性能14持久強(qiáng)度是材料在2022/12/12工程材料力學(xué)性能38第二節(jié)蠕變變形和斷裂機(jī)理蠕變變形前，總伴有一定的瞬時(shí)塑性變形。這種變形是切應(yīng)力作用的結(jié)果，隨時(shí)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(yùn)動(dòng)有關(guān)，它有兩方面的作用：協(xié)助受阻位錯(cuò)克服障礙重新運(yùn)動(dòng)；在應(yīng)力協(xié)助下，原子直接大量地定向擴(kuò)散。2022/12/11工程材料力學(xué)性能15第二節(jié)蠕變變形和斷2022/12/12工程材料力學(xué)性能39一、蠕變變形

用相對(duì)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(cuò)中最容易激活的位錯(cuò)首先運(yùn)動(dòng)，后來這些易動(dòng)位錯(cuò)逐漸耗盡，結(jié)果隨時(shí)間增長(zhǎng)，可動(dòng)位錯(cuò)數(shù)不斷減少，導(dǎo)致減速蠕變。

2、位錯(cuò)蠕變

T熔/2時(shí)，原子擴(kuò)散加劇，受阻位錯(cuò)借助原子擴(kuò)散而得以繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，這就使原滑移面上的位錯(cuò)源得以繼續(xù)開動(dòng)而放出新位錯(cuò)。

3、擴(kuò)散蠕變

T/T熔