高温蠕变与疲劳.pptx

会计学一、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(jīzhì)图
二、高温疲劳一、高温(gāowēn)蠕变

图12.16典型(diǎnxíng)蠕变曲线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(sùlǜ)，用表示。

根据蠕变速率(sùlǜ)的变化情况可以将蠕变过程分为三个阶段：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(héngdìng)；

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。蠕变曲线各阶段持续时间的长短随材料(cáiliào)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（σ4＞σ3＞σ2＞σ1）b）等压力曲线（T4＞T3＞T2＞T1）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(fāngfǎ)。
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。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(zhǔyào)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。3、蠕变(rúbiàn)断裂
对于不含裂纹的构件或试样，其稳态蠕变(rúbiàn)速率与蠕变(rúbiàn)断裂时间或加速蠕变(rúbiàn)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(rúbiàn)阶段得到后，再通过较高应力和较高温度的短期蠕变(rúbiàn)试验获得Cf，则长期蠕变(rúbiàn)断裂寿命即可由预测。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(quēkǒu)构件的开裂时间(裂纹扩展孕育期)ti与缺口(quēkǒu)根部截面的初始应力0和绝对温度T间有如下关系：式中：Ai、C是与温度有关的材料常数(chángshù)；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(chángshù)。4、蠕变断裂机制图
晶间断裂是蠕变断裂的普遍形式(xíngshì)，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。第一种模型：

图12.18晶界滑动(huádòng)在三晶粒交界处形成楔形空间第二种模型：

图12.20空位聚集形成(xíngchéng)空洞断裂机制图：
影响(yǐngxiǎng)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。

图12.21Nimonic80A合金断裂(duànliè)机制图

图12.22断裂(duànliè)机制图示意图二、高温(gāowēn)疲劳