材料力学性能7.ppt
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1、第七章 材料在高温条件下的力学性能,工程实例分析:,蠕变:恒定载荷下,变形随时间延续而缓慢增加的不平衡过程。 发生蠕变的温度:,7.1 材料的蠕变,材料性质:金属强度/塑性均降低;陶瓷脆性改善;高分子粘弹性显著 断裂路径变化:金属穿晶沿晶断裂,晶界比晶粒强度随温度增加衰减快。等强温度:晶粒与晶界强度相等的温度 伴随应力松弛:持续外力下,总变形值不变内部应力随时间增加而降低(因蠕变渐增弹性变形渐减),蠕变效应:,由于蠕变发生,不能说材料在某温度下强度多少,与时间有关(机制?),金属 T (0.3-0.4)Tm(材料的熔点) 陶瓷 T (0.4-0.5)Tm 高分子 T Tg (玻璃化转变温度),
2、蠕变的实质 金属/陶瓷:位错滑移/攀移,高分子: 分子链内部键长键角变化,普弹变形(量小),能立刻恢复; 分子链通过链段运动逐渐伸展,高弹形变(量大),能逐渐恢复 分子间相对滑动(分子间无化学交联的线性高聚物),粘性流动,不可恢复,切应力使位错1滑移到2,间隙原子扩散到位错/空位移出=正攀移(半原子面伸长),反之,负攀移,位错与点缺陷交互作用固溶强化 位错与线缺陷交互作用加工硬化 位错与面缺陷交互作用细晶强化 位错与体缺陷交互作用弥散强化,硬质点(体缺陷)对位错运动起阻碍作用,塑性变形增加,位错密度增加,形变抗力增加,加工硬化,位错前端存在应力集中,晶粒大,位错塞积,应力集中严重,强度低,增加
3、位错运动难度,位错的产生,知识补充:,7.1.1 典型的蠕变曲线,oa.起始阶段:瞬时弹性变形,与时间无关; ab.蠕变减速阶段: 蠕变速率 随时间增加而降低,A、n皆为常数,且0n1 bc.稳态蠕变阶段: =常数 cd.加速蠕变阶段 t,曲线变陡,d点断裂,非典型:T或,稳定阶段; T或,稳定阶段。,7.1.2 蠕变机理,(1) 位错运动理论,(b)T,原子热运动,位错攀移到滑移面之外,饶过障碍物,使滑移面移位,原来不能运动的位错变的能运动,蠕变。 或T,受阻大的位错也能解放出来,受阻位错被解放、完成蠕变后,蠕变速率就会(解释了减速阶段的特点),或T,曲线上移,反之下移。 金属在常温、高温下
4、的蠕变多由此阶段引起。,认为:蠕变是受阻位错解放引起 (a)位错因大的障碍物而不能运动,(2) 扩散蠕变理论,认为:蠕变和晶体中的扩散现象类似,蠕变过程是原子沿应力作用方向扩散的结果。 受拉晶界空位浓度受压晶界 空位扩散方向:受拉晶界受压晶界; 质点扩散方向:受压晶界受拉晶界: 结果:受拉方向伸长、形变。,(3) 晶界蠕变理论,对多晶材料而言。 晶界: 1)晶格点的畸变区,缺陷“源/阱”双层作用,空位扩散,晶界滑移; 2)化学组成的微不均匀带富集掺杂物、液相或微晶相T,外力作用下发生粘性流动; 3)内应力集中处,不同质点E/不同造成促使上述二过程。 引起宏观变形蠕变,7.1.3 影响蠕变的因素
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