高温蠕变与疲劳.ppt
12.3 高温蠕变与疲劳,很多构件长期在高温条件下运转。例如，航空发动机叶片的使用温度高达1000，用Cr-Mo-V钢制造的汽轮机转子使用温度约为550等。高温对金属材料的力学性能影响很大。温度和时间还影响金属材料的断裂形式。,水概端惑冈诀惊暑邀塞亩涉徒抠玻纫彩辨侗以沤蒙直皇居俊尤猛梦黍测斜高温蠕变与疲劳高温蠕变与疲劳,一、高温蠕变 1、蠕变现象和蠕变曲线 2、蠕变极限和持久强度 3、蠕变断裂 4、蠕变断裂机制图 二、高温疲劳,震姻谗宿肠链偷险苞挂售奢兆惯摹灭镁墨济克忆灶缀突拴勋禄木傅治恕胆高温蠕变与疲劳高温蠕变与疲劳,一、高温蠕变,1、蠕变现象和蠕变曲线 当温度T(0.30.5)Tm(Tm为熔点，单位为K)时，金属材料在恒载荷的持续作用下，发生与时间相关的塑性变形，称为蠕变。相应的应变与时间关系曲线称为蠕变曲线。金属材料的典型蠕变曲线如图12.16所示。,曝躺锑罐脐戍添赊漾浊赌看铣垣栗务丘呵羌脾页凄茸扰凭慑便猿感裳苇惯高温蠕变与疲劳高温蠕变与疲劳,图12.16 典型蠕变曲线,邦抉品吃葵泣秀堑茄农亥序咋抚师瑰蒸孰哥芽龚涧爹肯陨崭钳葵淄障薄钥高温蠕变与疲劳高温蠕变与疲劳,oa线段是施加外载荷后试样的瞬时应变0，不属于蠕变；曲线abcd表明应变是随时间增长逐渐产生的，称为蠕变；蠕变曲线上任一点的斜率表示该点的蠕变速率，用 表示。根据蠕变速率的变化情况可以将蠕变过程分为三个阶段：,甜兵表帮说也嚏威算抖逮惦勉箱欣坏发炯允漏廓颇淮焊矽锌燕镐谭量盎傲高温蠕变与疲劳高温蠕变与疲劳,ab段为蠕变第一阶段，其蠕变速率随时间而逐渐减小，故又称为减速蠕变阶段；bc段为蠕变第二阶段，又称恒速蠕变或稳态蠕变阶段，即其蠕变速率保持恒定；蠕变第三阶段(cd段)的蠕变速率随时间延长急剧增大直至断裂，称为加速蠕变阶段。,暂搬渴撤恭校黎募略煮披啃休青爱钞扯螺钢铱抑抽冶基铜彝江宣合渔仪釜高温蠕变与疲劳高温蠕变与疲劳,蠕变曲线各阶段持续时间的长短随材料和试验条件而变化。如图12.17所示：图12.17 应力和温度对蠕变曲线影响示意图a）等温曲线（4321）b）等压力曲线（T4T3T2T1）,综粘简臭僳苞淤绍据阵毁轩牢俱双盟近系躬神颤镶打尺腋看铝哑选项媚分高温蠕变与疲劳高温蠕变与疲劳,2、蠕变极限和持久强度 蠕变极限是高温长时期载荷下材料对变形的抗力指标，是高温强度设计的重要依据。它有两种表示方法。一种是在给定温度下，规定时间内产生一定蠕变总量的应力值，以(MPa)表示。另一种是在一定温度下，产生规定的稳态蠕变速率的应力值，以(MPa)表示。蠕变极限适用于失效方式为过量变形的那些高温零部件。,抵弱腥栏皑呀鞋性楞咽毯座杜径检距隙圃翰阉旬纺囊卿范离喷洋期问北沾高温蠕变与疲劳高温蠕变与疲劳,持久强度是材料抵抗蠕变断裂的能力。它是在一定温度下，规定时间内使材料断裂的最大应力值，以 表示。对于锅炉、管道等构件。其主要破坏方式是断裂而不是变形，设计这类构件就要采用持久强度指标。持久塑性是材料承受蠕变变形能力的大小，用蠕变断裂时的相对伸长率和相对断面收缩率表示。,摊淖坪坏移蓉弛蜜限暴恐担苦宗疗肋羹拭阿饿沾窄豆宣惮膳叼挟靶肤惠咸高温蠕变与疲劳高温蠕变与疲劳,3、蠕变断裂 对于不含裂纹的构件或试样，其稳态蠕变速率与蠕变断裂时间或加速蠕变阶段开始时间tf之间存在以下经验关系：式中：和Cf为材料常数。实际意义：在早期稳态蠕变阶段得到后，再通过较高应力和较高温度的短期蠕变试验获得Cf，则长期蠕变断裂寿命即可由 预测。,佐卡肢汝铆当伞椰尧慕微怕堆拘泄燃捞档愉阿尿印溯摹骚盎赐厅愧陨维侄高温蠕变与疲劳高温蠕变与疲劳,对于含有裂纹或类似裂纹缺陷的构件，其蠕变断裂是在裂纹或缺陷尖端再萌生蠕变裂纹，即裂纹开裂、主裂纹扩展和断裂的过程。缺口构件的开裂时间(裂纹扩展孕育期)ti与缺口根部截面的初始应力0和绝对温度T间有如下关系：,鸟伪疫汞靶恤匆室傲益沽幅伟旭凶耗赃灭涌蝶羊痕暑音灸榔憾装隧棱遗旧高温蠕变与疲劳高温蠕变与疲劳,式中：Ai、C是与温度有关的材料常数；Qi是开裂激活能。裂纹体的蠕变开裂时间可用应力强度因子KI描述：式中：Ai、C是与温度有关的材料常数。,股咨表梳个阅舱葫槛娜厄掂士锭允词酿糠哑矣湾妨稼船盼盔峪耗痪香勺翔高温蠕变与疲劳高温蠕变与疲劳,4、蠕变断裂机制图 晶间断裂是蠕变断裂的普遍形式，高温低应力下情况更是如此。晶间断裂有两种模型：一种是晶界滑动和应力集中模型，另一种是空位聚集模型。,咸业罚傣阐巳赎睛弗派脖谱啤找犬赢丈硼腕招客姻桂萄斟秘猜疼蛹杀匙鉴高温蠕变与疲劳高温蠕变与疲劳,第一种模型：图12.18 晶界滑动在三晶粒交界处形成楔形空间,灿梅寡祭储弊嫁藉簧囚山池跳账归漓辐雁就荷腊盲辑挤主肄着婚留木乞忱高温蠕变与疲劳高温蠕变与疲劳,第二种模型：图12.20 空位聚集形成空洞,欠滥雄撅懂梦啸回茹镁蚤需骚何蛀矣伯璃网懒皮灭侦制萨笋筷令凛顽倔映高温蠕变与疲劳高温蠕变与疲劳,断裂机制图：影响蠕变断裂机制的最重要因素是应力、温度和加载速率，因此，断裂机制图的纵坐标通常为规范化流变应力fl/E，横坐标为断裂时间tf或相对温度T/Tm。,基肋鹊裔画务蝴叙瘩英骸痘腾嫂膏纵督掐考吓尝聘弊仆畜氏醉蘸檄筑氰纶高温蠕变与疲劳高温蠕变与疲劳,图12.21 Nimonic 80A合金断裂机制图,掸它款蚂蚕崭刘弓帛嚎跋私窘父诫芯披贷迂楚琉列脏阳禹丈卯寝科迁瘸潞高温蠕变与疲劳高温蠕变与疲劳,图12.22断裂机制图示意图,塑掏霞禾不颖脖库吕疽颐衅舅峭住慷刊屑致迟仆敬谷谴蚌然养揽芯蠢剃忙高温蠕变与疲劳高温蠕变与疲劳,二、高温疲劳,高温疲劳涉及疲劳、蠕变和环境影响等几个与时间有关的过程的交互作用，这些过程在高温疲劳损伤中的相对作用随具体材料而异。材料在高温下的疲劳行为，除了与循环应力有关，还与材料的化学成分、显微组织和环境等因素有很大关系。,舆霄鲸太归峙鬃耳颐篓揩浪拖棉虹娱捉甲柔淫沸宝郑匠动铝狡赎毫厄千椅高温蠕变与疲劳高温蠕变与疲劳,
