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材料在高溫條件下的力學(xué)性能

1.概述

高溫下金屬及合金中出現(xiàn)的擴(kuò)散、回復(fù)、再結(jié)晶等現(xiàn)象，會(huì)使其組織發(fā)生變化。金屬材料長(zhǎng)時(shí)間暴露在高溫下，也會(huì)使其性能受到破壞。

在高壓蒸汽鍋爐、汽輪機(jī)、柴油機(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、化工設(shè)備中高溫高壓管道等設(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)性能還不夠。

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(guò)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。

溫度的“高”或“低”是相對(duì)該金屬的熔點(diǎn)來(lái)講的，一般采用約比溫度T/T_m（T_m表示材料熔點(diǎn)），T/T_m＞0.4~0.5，則算是高溫。

2.影響因素

試驗(yàn)機(jī)

溫度對(duì)材料的力學(xué)性能影響很大。在高溫下載荷持續(xù)時(shí)間對(duì)力學(xué)性能也有很大影響。

材料的高溫力學(xué)性能≠室溫力學(xué)性能

一般隨溫度升高，金屬材料的強(qiáng)度降低而塑性增加。

載荷持續(xù)時(shí)間的影響：σ< σ_s ，長(zhǎng)期使用過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生蠕變 ，可能導(dǎo)致斷裂；隨載荷持續(xù)時(shí)間的延長(zhǎng)，高溫下鋼的抗拉強(qiáng)度降低；在高溫短時(shí)拉伸時(shí)，材料的塑性增加；但在長(zhǎng)時(shí)載荷作用下，金屬材料的塑性卻顯著降低，缺口敏感性增加，往往呈現(xiàn)脆性斷裂；溫度和時(shí)間的聯(lián)合作用還影響材料的斷裂路徑。

溫度升高時(shí)，晶粒強(qiáng)度和晶界強(qiáng)度均會(huì)降低，但是由于晶界上原子排列不規(guī)則，擴(kuò)散容易通過(guò)晶界進(jìn)行，因此，晶界強(qiáng)度下降較快。

晶粒與晶界兩者強(qiáng)度相等的溫度稱為“等強(qiáng)溫度”T_E。

當(dāng)材料在T_E以上工作時(shí)，材料的斷裂方式由常見的穿晶斷裂過(guò)渡到晶間斷裂。材料的T_E不是固定不變的，變形速率對(duì)它有較大影響。因晶界強(qiáng)度對(duì)形變速率敏感性比晶粒大得多，因此T_E隨變形速度增加而升高。

綜上所述，研究材料在高溫下的力學(xué)性能，必須加入溫度和時(shí)間兩個(gè)因素。

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