金属高温力学性能
金属材料在高温环境下的形变与损伤研究
金属材料在高温环境下的形变与损伤研究近年来，随着科技的不断进步，人类对于金属材料在高温环境下的行为与损伤机理的研究越来越深入。
这项研究在航空航天、能源、汽车等领域具有非常重要的应用价值。
一般来说，高温环境下金属材料的形变和损伤主要表现为以下几个方面。
首先是拉伸性质的变化。
金属材料在高温环境下，其抗拉强度、屈服强度、塑性和延伸性等机械性能会随着温度的升高而下降。
这是因为高温会使材料的晶格结构发生变化，热膨胀系数增大，材料的原子和离子的能量随时在相互变化，而后者最主要地表现为在高温和其他应力条件下发生的晶格滑移、断裂等形变劣化机制。
其次是疲劳性能的恶化。
许多金属材料在高温环境下和疲劳负荷作用下很难长期保持固定的力学性能，因此疲劳强度、容忍度和寿命都会受到明显的影响。
再次是高温环境下引起材料氧化、腐蚀和熔化等化学反应。
这些反应会直接影响材料的物理和力学性质，因此对于这些损伤机制的研究非常重要。
最后是材料的微观结构的变化。
高温环境下，金属材料的晶体粒度大小、界面能量等微观特性会发生变化，从而影响材料的力学性能。
针对以上几个变化方面，目前的研究主要集中在以下几个方面。
首先是金属材料在高温下的力学性能和微观特性的表征。
通过一系列实验方法如拉伸、扭曲、压缩等来测试材料的力学性能，从而研究材料的形变规律，这些实验数据通常需要借助复杂的数学模型进行处理和分析，求得材料的力学性能指标。
其次是针对金属材料在高温环境下的腐蚀、氧化等问题的研究。
主要是通过一系列化学分析手段来表征材料的表面腐蚀等现象，了解材料在高温环境下不同元素对金属材料的损伤机理。
最后是关注金属材料的微观结构和物理性质变化。
主要是采用高分辨电镜、X 射线衍射以及近代材料计算力学和材料学等多种先进技术，加深对材料界面能量和晶体弹性、塑性变形、微观断裂和晶间疏松等微观特性的认识，在损伤破坏的基础上设计新型材料。
总的来说，金属材料在高温环境下的形变与损伤研究是一个非常复杂和系统的工程，需要结合多个学科的知识与技术手段来进行。
材料高温条件下的力学性能总结-精品
材料高温条件下的力学性能总结1概述高温下金属及合金中出现的扩散、回复、再结晶等现象，会使其组织发生变化。
金属材料长时间暴露在高温下，也会使其性能受到破坏。
在高压蒸汽锅炉、汽轮机、柴油机、航空发动机、化工设备中高温高压管道等设备中，很多机件长期在高温下服役。
对于这类机件的材料，只考虑常温短时静载时的力学性能还不够。
如化工设备中高温高压管道，虽然承受的应力小于该工作温度下材料的屈服强度，但在长期使用过程中会产生连续的塑性变形，使管径逐步增大，甚至会导致管道破裂。
温度的“高”或“低”是相对该金属的熔点来讲的，一般采用约比温度T/Tm（Tm表示材料熔点），T/Tm>0.TO.5,则算是高温。
民用机接近1500℃,军用机在2000℃左右，航天器的局部工作温2500℃2影响因素温度对材料的力学性能影响很大。
在高温下载荷持续时间对力学性能也有很大影响。
材料的高温力学性能W室温力学性能，一般随温度升高，金属材料的强度降低而塑性增加。
载荷持续时间的影响：o〈os,长期使用过程中，会产生蠕变，可能最终导致断裂；随载荷持续时间的延长，高温下钢的抗拉强度降低；在高温短时拉伸时，材料的塑性增加；但在长时载荷作用下，金属材料的塑性却显著降低，缺口敏感性增加，往往呈现脆性断裂；温度和时间的联合作用还影响材料的断裂路径。
温度升高时，晶粒强度和晶界强度均会降低，但是由于晶界上原子排列不规则，扩散容易通过晶界进行，因此，晶界强度下降较快。
晶粒与晶界两者强度相等的温度称为“等强温度”TE。
当材料在TE以上工作时，材料的断裂方式由常见的穿晶断裂过渡到晶间断裂。
材料的TE不是固定不变的，变形速率对它有较大影响。
因晶界强度对形变速率敏感性比晶粒大得多，因此TE随变形速度增加而升高。
综上所述，研究材料在高温下的力学性能，必须加入温度和时间两个因素。
金属材料的高温力学性能
金属材料的高温力学性能金属材料是人类使用历史最长、应用最广泛的材料之一，它们具有优异的物理、化学、机械性能，被广泛应用于航空、航天、能源、交通等各个领域。
然而，金属材料在高温环境下的性能往往会发生改变，这是由于高温下金属原子的热振荡增强、晶格缺陷数量增加、化学反应加剧等因素所引起的。
因此，研究金属材料在高温下的力学性能至关重要。
一、高温下的材料微观结构演化高温下的金属材料，由于温度升高，原子热振荡幅度增大，晶体缺陷数量增多，导致材料的微观结构发生变化。
这些变化可能包括晶界迁移、堆垛错的生成或消除、晶体内部的位错增生等。
晶界是晶体中不同晶粒之间的界面，它们对材料的力学性质有重要影响。
在高温下，晶界可以通过晶界迁移的方式发生变化，导致晶界能量状态的变化。
此外，晶界周围的原子往往富集了一定的缺陷，如间隙位错和堆垛错，它们的运动和相互作用也会影响晶界的状态和材料的性能。
堆垛错是晶体内的一种结构缺陷，它由两个错排面的夹层形成，每个面上原子的相对位错是相同的。
在高温下，由于材料中原子的位移不断增加，堆垛错很容易形成或消除。
其运动和移动方式也会对材料的塑性和损伤机制产生影响。
位错是晶体中一种线性缺陷，它是原子排列不完整或存在错位引起的，具有一定的移动和滑移性质。
在高温下，位错的数量会增加，位错的移动会产生变形，从而影响材料的塑性和损伤行为。
二、高温下的材料力学性能高温下，金属材料的力学性能会发生变化，如强度、延展性、断裂韧性等性质均可能发生变化。
强度是指材料承受外力时的抗拉、抗压、抗弯等能力。
在高温下，金属材料的强度往往会降低，这是由于高温下原子位移的增加、晶界的变化、位错的运动等因素所致。
延展性是指材料在拉伸或压缩过程中发生形变的能力。
在高温下，金属材料的延展性往往会增加，因为高温下原子的位移增强，晶体缺陷的数量增多，使得位错滑移和塑性变形更容易发生。
断裂韧性是指材料在受到外力时发生裂纹扩展的能力。
在高温下，金属材料的断裂韧性往往会减小，因为高温下材料的位移增强，裂纹扩展较容易发生，从而导致断裂韧性的下降。
8金属高温力学性能
T>0.4~0.5Tm；高分子。 蠕变：材料(金属)在长时间的恒温、恒载荷
作用下缓慢地产生塑性变形的现象。(注意 与应力松驰的区别) 蠕变断裂：由蠕变变形导致的材料的断裂。
二、蠕变曲线
蠕变速率 d
dt
减速蠕变阶段，开始大，逐渐减速； 恒速蠕变阶段，速度几乎保持不变； 加速蠕变阶段，逐渐增大，最后产生断裂。
1、抗氧化性 2、抗生长性 3、热强性 材料在高温、长时间和应力的作用下，抵
抗变形和断裂的能力。 包括：持久强度、蠕变强度、高温疲劳强
度、高温硬度等。
二、影响高温强度的因素
σb=f(T，τ，v) 1、温度 (1) 强度下降：蠕变现象；强度与时间有关系。 (2) 塑性下降：高温短时载荷作用下，塑性升高；
8 金属高温力学性能
锅炉、汽轮机、发动机、飞船的外壳等， 长期在高温情况下工作。
对材料的高温性能有一定或特别的要求。 高温服役：研究应力、应变、温度与时间
的关系。 温度的高低，是相对金属的熔点而言，故
采用约比温度：Trg=T/Tm(单位为K)。 Trg>0.5，高温；Trg<0.5，低温。
一、常见的高温性能
晶格阻力 (2) 显微组织 晶粒度适当加大；结构复杂的第二相，并形成网
状骨架； 2、提高冶炼质量和采取热处理 减少低熔点夹杂物；晶内形成多边化的亚晶界(热
处理后)。
8.4 其它高温力学性能
一、高温短时拉伸性能 高温短时拉伸试验主要是测定金属材料在高于室
温时的抗拉强度、屈服强度、伸长率和断面收缩 率等性能指标。 二、高温硬度 工具材料(红硬性)，高温轴承。 测高温硬度的压头。 载荷不宜过大，并需根据试验温度的高低改变载 荷大小，以保证压痕清晰和完整。
金属高温力学性能
对于不同金属材料或同种材料经过不同的热 处理;在相同试验温度和初始应力下;经规定时间后; 剩余应力越高;松弛稳定性越好
例如：20Cr1Mo1V1钢广泛应用于气轮机 燃 气轮机紧固件;经过不同的热处理工艺正火 油淬＋ 回火后的应力松弛曲线初始应力σ0＝300MPa如图 所示 可见;正火工艺的剩余应力高;说明其具有较好 的应力松弛稳定性
第八章 金属高温力学性能
在高压蒸汽锅炉 汽轮机 柴油机 航空发动机等 设备中;很多机件长期在高温下服役 对于这类机件 的材料;只考虑常温短时静载时的力学性能是不够 的
如化工设备中高温高压管道;虽然承受的应力 小于该工作温度下材料的屈服强度;但在长期使用 过程中会产生连续的塑性变形;即蠕变现象;使管径 逐步增大;甚至会导致管道破裂
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三 断口特征
1 宏观特征 1 断口附近产生塑性变形;在变形区附近有很 多裂纹断裂机件表面出现龟裂现象； 2 由于高温氧化;断口表面被一层氧化膜所覆 盖 2 微观特征 冰糖状花样的沿晶断裂
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§83 高温力学性能指标及其影响因素 一 蠕变极限 为了保证高温长时载荷作用下的机件不会产生 过量蠕变;要求金属材料具有一定的蠕变极限 1 定义 是材料在高温长时载荷作用下的塑性变形抗力 指标
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同一材料的蠕变曲线随着温度高低及应力的 大小而有不同 如图所示
应力较小 温度较低时：蠕变的恒速蠕变阶段 持续时间长;甚至不出现加速蠕变阶段；
应力较大 温度较高时：蠕变恒速蠕变阶段持 续时间短;甚至消失;试样在短时间内断裂;主要为 加速蠕变
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应力松弛 由于金属在长时高温载荷下会产生蠕变现象; 对于在高温下工作 依靠原始弹性变形获得工作应 力的机件;如高温管道内用的螺栓等;随时间的延长; 在总变形量不变的前提下;弹性变形变为塑性变形; 从而使工作应力降低;导致失效
高温下钢材力学性能的分析与计算
高温下钢材力学性能的分析与计算一、引言随着经济的快速发展和产业结构的调整，钢材作为一种重要的工业材料，扮演着重要的角色。
然而，在高温下，钢材的力学性能会发生很大的变化，这会影响到工程的安全和可靠性。
因此，钢材在高温下的力学性能分析和计算十分重要。
二、高温下钢材力学性能的变化钢材在高温下，其力学性能会发生很大的变化。
其中，最直观的是其强度和模量的变化。
在高温下，钢材的强度会不断下降，而模量则会不断增加。
同时，钢材的延展性和韧性也会随着温度的升高而下降。
除了这些基本的力学性能变化外，高温下的钢材还会发生很多复杂的变化。
例如，温度的升高会导致钢材的组织结构发生变化，从而影响到材料的各种力学性能。
同时，温度的升高也会促进钢材表面的氧化反应，进一步影响到其性能。
三、高温下钢材力学性能的分析方法为了分析钢材在高温下的力学性能，需要采用一系列的分析方法。
其中，最常用的方法是有限元法。
有限元法是一种基于离散化的数值分析方法，可以用来模拟复杂的工程结构的力学行为。
在高温下，有限元法通常可以用来模拟钢材在不同温度下的强度、变形和疲劳性能。
另外，还有一些其他的分析方法可以用来研究高温下钢材的力学性能。
例如，动态力学分析方法可用于研究高温下的冲击和振动行为。
声学分析方法可用于研究钢材在高温下的声传播特性。
四、高温下钢材力学性能的计算方法除了分析方法外，还需要采用一些计算方法来计算钢材在高温下的力学性能。
其中，最常用的方法是基于热力学和热力学相图的计算方法。
这种方法可以用来计算钢材在不同温度下的相变和组织结构变化，从而进一步预测材料的力学性能。
另外，还有一些其他的计算方法可以用来研究高温下钢材的力学性能。
例如，基于分子动力学的计算方法可用于研究钢材微观结构的变化和演化。
计算流体力学方法可用于研究高温下的材料流动性质、能量传输和反应动力学等。
五、结论高温下钢材力学性能的分析和计算是非常重要的。
这种分析和计算可以帮助工程师和科学家更好地理解钢材在高温下的行为，并提出更加有效的安全措施。
高温对三种常用金属力学性能的影响
高温对三种常用金属力学性能的影响摘要：镍合金和可伐合金是工程应用中常用的金属，被广泛应用于各种特殊工艺。
本文选取GH4145、N07718和4J29三种牌号的金属材料，测试其在1000℃高温前后力学性能的变化。
通过棒状标准试验件的拉伸试验，得到实验前后三种材料的性能变化规律：GH4145高温处理后的抗拉强度衰减“5%-10%左右”，硬度降低4.8%；N07718高温处理后的抗拉强度衰减“10%-20%左右”，硬度降低18%；4J29高温处理后的抗拉强度衰减“30%-35%左右”，硬度降低28.8%。
关键词：金属材料、力学性能、拉伸试验1.引言镍基高温合金和可伐合金作为先进的结构材料，广泛应用于航空、航天领域，也是石油化工、火电核电、节能环保等多领域重大制造的关键材料[1-3]。
根据标准《ASTM B637-18高温合金件》中的规定，GH4145材料的固溶温度为982℃，时效温度为732℃，1000℃作为绝大多数工艺的极限温度会直接影响该材料的性能，因此需要进行验证；根据标准《ASTM B637-03 高温合金棒、锻件》中的规定，924℃—1000℃为N07718材料的固溶退火温度，因此1000℃也会影响N07718材料的力学性能，此外1000℃也可能对4J29产生影响。
因此，对三种材料的进一步研究，对其在实际生产中的应用具有重要意义。
2.标准件的拉伸试验本实验采用标准棒状实验件进行拉伸试验，GH4145和 N07718选用固溶+时效的材料状态，4J29选用H态的材料状态。
在进行实验之前，需要对来料进行检验，其中关键部位的粗糙度以及加工精度是重点检验部位，包装也采用独立包装，避免运输过程中的磕碰及损伤。
材料的强度和硬度存在相对应的关系，因此测试数据的准确性也需要进行验证。
随机选择三件不同材料的棒状实验件，按照标准对棒状标准件进行检验，保证其符合接收标准，其材料性能标准如下所示。
表2-1各材料力学性能标准3.数据分析本实验在特殊设备中进行，温度为1000℃，实验时间10小时，棒状实验件高温前后对比图如图所示3-1所示。
高温对金属材料性能影响实验
高温对金属材料性能影响实验摘要：本实验旨在研究高温对金属材料性能的影响。
通过将金属样本暴露在高温环境下，测定不同温度下金属材料的力学性能、热膨胀系数以及晶体结构的变化。
实验结果表明，高温对金属材料的强度、硬度和热膨胀系数都有显著影响。
1. 引言金属是常见的工程材料，广泛应用于航天、汽车、建筑等领域。
然而，在高温环境下，金属的性能可能会受到严重的影响。
因此，研究高温对金属材料性能的影响对于材料工程的发展至关重要。
2. 实验目的本实验的目的是通过将金属样本暴露在高温环境下，研究高温对金属材料性能的影响。
具体包括力学性能（如强度和硬度）、热膨胀系数以及晶体结构的变化。
3. 实验步骤和方法(1) 准备金属样本：选择常见的金属材料样本，如铜、铁、铝等，并根据需要切割成标准尺寸的试样。
(2) 预热金属样本：将金属样本放入恒温箱中，调节温度至所需高温条件，保持一定时间使样本均匀受热。
(3) 测定力学性能：使用万能试验机对金属样本进行拉伸试验，测量其抗拉强度、屈服强度和延伸率等力学性能指标。
(4) 测定硬度：使用洛氏硬度计或维氏硬度计，对金属样本进行硬度测试，测定其硬度值。
(5) 测定热膨胀系数：使用热膨胀系数测定仪测量金属样本在高温下的长度变化，计算出其热膨胀系数。
(6) 分析晶体结构变化：使用X射线衍射仪或扫描电子显微镜（SEM）观察金属样本的晶体结构变化，分析高温对晶体结构的影响。
4. 实验结果与讨论通过对不同金属样本进行高温处理后，得到以下实验结果：(1) 力学性能：金属样本在高温下的抗拉强度、屈服强度和延伸率均呈现不同程度的下降。
高温使金属材料的晶粒尺寸增大，晶界迁移，导致金属变得更加脆性。
(2) 硬度：高温对金属材料的硬度也有影响，一般情况下，高温下金属的硬度会降低。
(3) 热膨胀系数：金属材料的热膨胀系数是描述其在温度变化下体积或长度变化的重要指标。
实验结果表明，高温会使金属的热膨胀系数增大。
(4) 晶体结构变化：高温下，金属的晶体结构可能发生相变或晶粒长大，导致材料的物理性能发生变化。