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材料在高溫條件下的力學性能

1.概述

高溫下金屬及合金中出現(xiàn)的擴散、回復、再結(jié)晶等現(xiàn)象，會使其組織發(fā)生變化。金屬材料長時間暴露在高溫下，也會使其性能受到破壞。

在高壓蒸汽鍋爐、汽輪機、柴油機、航空發(fā)動機、化工設(shè)備中高溫高壓管道等設(shè)備中，很多機件長期在高溫下服役。對于這類機件的材料，只考慮常溫短時靜載時的力學性能還不夠。

如化工設(shè)備中高溫高壓管道，雖然承受的應力小于該工作溫度下材料的屈服強度，但在長期使用過程中會產(chǎn)生連續(xù)的塑性變形，使管徑逐步增大，甚至會導致管道破裂。

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

2.影響因素

試驗機

溫度對材料的力學性能影響很大。在高溫下載荷持續(xù)時間對力學性能也有很大影響。

材料的高溫力學性能≠室溫力學性能

一般隨溫度升高，金屬材料的強度降低而塑性增加。

載荷持續(xù)時間的影響：σ< σ_s ，長期使用過程中，會產(chǎn)生蠕變 ，可能導致斷裂；隨載荷持續(xù)時間的延長，高溫下鋼的抗拉強度降低；在高溫短時拉伸時，材料的塑性增加；但在長時載荷作用下，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；溫度和時間的聯(lián)合作用還影響材料的斷裂路徑。

溫度升高時，晶粒強度和晶界強度均會降低，但是由于晶界上原子排列不規(guī)則，擴散容易通過晶界進行，因此，晶界強度下降較快。

晶粒與晶界兩者強度相等的溫度稱為“等強溫度”T_E。

當材料在T_E以上工作時，材料的斷裂方式由常見的穿晶斷裂過渡到晶間斷裂。材料的T_E不是固定不變的，變形速率對它有較大影響。因晶界強度對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性能，必須加入溫度和時間兩個因素。

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