金属高温力学性能.
高温合金的热压缩力学性能研究
高温合金的热压缩力学性能研究高温合金是一类具有良好的高温力学性能的金属材料，主要用于高温环境下的热力装备和航空发动机等领域。
热压缩力学性能是评价高温合金性能的重要指标之一，它影响着材料的耐高温蠕变、抗高温氧化、抗疲劳等性能。
本文将围绕着高温合金的热压缩力学性能展开研究。
首先，热压缩性能的研究是评价高温合金材料高温蠕变性能的重要内容。
高温蠕变是指在高温和恶劣环境下，金属材料所发生的塑性变形现象。
研究高温合金的热压缩性能可以了解材料在高温条件下的变形行为、变形机制以及变形速率等。
常用的热压缩试验方法有恒应力热压缩试验和恒应变热压缩试验等。
在研究过程中，可以通过材料的蠕变曲线、蠕变速率曲线和蠕变活化能曲线等来评价其高温蠕变性能。
其次，热压缩性能的研究还可以揭示高温合金在高温条件下的抗氧化性能。
高温环境中的氧化是高温合金的一个主要失效机制，会导致材料性能的降低和寿命的缩短。
研究高温合金的热压缩性能可以通过测量材料的氧化速率、氧化层厚度和氧化物的相组成等来评价其抗氧化性能。
此外，热压缩性能的研究还可以考虑材料中添加合适的合金元素来提高其抗氧化性能，如添加铝、铬和镍等元素。
最后，热压缩性能的研究也与高温合金的抗疲劳性能有关。
高温合金在高温环境中存在应力作用下的疲劳破坏现象，其疲劳寿命是评判材料抗疲劳性能的一个重要指标。
研究高温合金的热压缩性能可以通过测量材料在高温环境下的疲劳曲线和疲劳寿命等来评价其抗疲劳性能。
同时，热压缩性能的研究还可以考虑不同热压缩工艺对高温合金抗疲劳性能的影响，如不同热压缩温度、应力和变形速率等条件下的疲劳行为。
综上所述，高温合金的热压缩力学性能研究在评价材料的高温蠕变性能、抗氧化性能和抗疲劳性能等方面具有重要意义。
通过深入研究高温合金的热压缩性能，可以为材料的优化设计和应用提供科学依据，进一步提高高温合金的性能和寿命。
因此，对高温合金的热压缩力学性能进行探索和研究具有重要的实际意义。
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。
高温合金钢的应变率效应对力学性能的影响
高温合金钢的应变率效应对力学性能的影响高温合金钢是一种具有良好高温性能的金属材料，广泛应用于航空航天、能源、化工等领域。
在高温环境下，高温合金钢会经历复杂的变形过程，其中应变率是一个重要因素，它对其力学性能产生显著影响。
本文将探讨高温合金钢的应变率效应对其力学性能的影响。
首先，我们了解一下高温合金钢的力学性能。
在高温环境下，高温合金钢的强度、塑性、断裂韧性等力学性能都会发生变化。
这些性能的变化直接影响着材料在高温工况下的可靠性和耐久性。
应变率是指材料在受力过程中的变形速度。
材料的变形速度对其力学性能具有显著影响。
在高温环境下，应变率的变化会引起高温合金钢的力学性能产生不同程度的变化。
首先，应变率的提高会导致高温合金钢的强度提高。
应变率的增加使得材料中的位错运动加剧，这会导致晶粒的滑移和塑性形变增多，从而提高了材料的强度。
此外，应变率的提高还会引起晶界和位错运动的增强，增加了材料的阻力，从而进一步提高了材料的强度。
其次，应变率的增大也会导致高温合金钢的塑性降低。
应变率的增加导致晶粒间滑移速率的增大，从而限制了晶粒的再结晶和再结晶晶粒的形成，这会降低材料的塑性。
此外，应变率的增大还会引起位错运动的增多和运动速度的加快，从而增加了位错的交互作用和相互阻碍，限制了材料的塑性变形。
然而，应变率的增大也带来了高温合金钢的断裂韧性的提高。
应变率的增加导致应力集中区域的增多，位错密度增大，这会提高晶界的强化效应，并增加晶粒边界的位错锁扣。
这些效应会抑制材料的裂纹扩展，提高了材料的断裂韧性。
除了以上的影响，应变率对高温合金钢的显微组织也具有重要影响。
在高温环境中，应变率的变化会引起高温合金钢晶界、小角晶界等显微结构的演变。
例如，应变率的增加会诱发晶界细化、晶界偏喜向高密度定向生长，这会进一步影响材料的力学性能。
总结起来，高温合金钢的应变率效应对其力学性能产生显著影响。
应变率的增大可以提高材料的强度和断裂韧性，但会降低塑性。
Q345D钢高温力学性能及凝固特性
摘要低碳低合金钢Q345D具有强度高、韧性高、抗冲击、耐腐蚀等优良特性，因而倍受广泛地应用于各个方面。
，连铸技术因为具有可以大幅提高金属收得率、改善铸坯质量和节约能源等显著优势，因而在生产钢材的各种方法中得到了最为广泛的应用。
本文通过对Q345D钢的高温力学性能热模拟实验及其高温凝固相转变规律的研究，进一步了解该钢种的高温特性，以期为铸坯质量的提高提供理论依据。
对于Q345D高温力学性能的研究主要是通过热模拟试验机模拟金属热变形的整个过程，得到其热变形过程中热强度、热塑性、显微组织以及相变行为并对其进行分析整理总结。
本文通过使用Gleeble-1500D热模拟试验机，对Q345D钢进行高温拉伸实验，获得该钢在800℃~1200℃温度下的屈服强度、抗拉强度及延伸率、断面收缩率等数据。
对以上数据进行分析，可以得出：在800℃~850℃温度区间，随着温度的升高，屈服强度、抗拉强度分别从800℃的39.10MPa、83.61MPa提高到850℃的40.01MPa、93.10MPa；在900℃~1300℃温度区间内，随着温度的升高，其屈服强度和抗拉强度分别从900℃的33.53MPa、91.16MPa降低到1300℃的8.45MPa、19.85MPa。
对于该钢的热塑性，800℃~900℃温度区间内随温度升高，其延伸率、断面收缩率分别从800℃的9.11%、77.7%提高到900℃的23.58%、79.3%升高；在1000℃~1200℃温度区间内，延伸率、断面收缩率变化比较平缓；1200℃以后随温度升高，延伸率、断面收缩率急剧降低，在1300℃时其数值分别为11.75%、48.5%，表明其热塑性下降。
Q345D的高温凝固相转变规律是通过自行研制的可控高温凝固相变实验装置进行的，对于加热到熔化状态下的钢样通过控制冷速冷却到不同温度，然后淬火保留高温组织的方式研究其组织的转变行为。
对所得试样金相组织观测得出：在液态下直接淬火时，冷却速度越快，所得到的晶粒越为细小；在冷速为20℃/min的冷却速度下，Q345D钢的液、固相线温度点分别为1515℃和1460℃，在该区间内，残留高温铁素体的含量随着结束控制冷速冷却温度的降低而升高；在2℃/s的冷却速度下，在1515℃和1460℃温度点仍然有高温铁素体相的存在，但是与同温度下以20℃/min的冷却速度得到的试样相比，高温铁素体相的含量有明显不同。
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
温度变化对金属材料力学性能的影响
温度变化对金属材料力学性能的影响引言：
金属材料广泛应用于各种工程领域，其力学性能在不同温度下的表现对工程应用的安全性和稳定性至关重要。
本文将讨论温度变化对金属材料力学性能的影响，并探讨其机理。
1. 热膨胀与热应变
温度升高或降低会导致金属材料的线膨胀系数增大或减小，热膨胀引起的热应变进而影响材料的力学性能。
热应变引起的应力变化可能导致材料的破坏，尤其在高温环境或剧烈温度变化的情况下。
2. 热导率与热冲击
金属材料的热导率随温度变化而改变，高温下热导率增大，低温下热导率减小。
温度变化引起的热冲击可能导致材料的变形、断裂甚至熔化。
因此，在设计工程结构时，需要合理考虑材料的热导率特性。
3. 材料相变
温度变化可能引起金属材料的相变，特别是在临界温度附近。
相变过程中伴随的体积变化会导致材料的应力分布发生改变，从而影响其力学性能。
此外，相变还可能导致金属材料的微观结构发生改变，并影响其塑性、强度和韧性等力学性能。
4. 热蠕变
高温下，金属材料会发生热蠕变现象，即在一定应力作用下，材料会发生时间依赖的塑性变形。
热蠕变的发生导致材料的力学性能发生变化，例如降低强度和刚度，增加延展性和塑性。
因此，在高温环境下使用金属材料时，热蠕变现象必须得到有效控制。
结论：
温度变化对金属材料的力学性能具有显著影响。
通过了解温度变化对热膨胀、热导率、相变和热蠕变等方面的影响机理，可以更好地采取措施来应对和优化金属材料在不同温度条件下的应用。
在工程设计和实际应用中，需要综合考虑温度变化对金属材料力学性能的影响，以确保工程结构的安全性和可靠性。
金属材料强度与温度的关系
金属材料的高温强度
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2.2.1在给定温度或应力下蠕变与时间的关系
Bailey提出适用于第一阶段的公式
Atn
（1/3≤n＜1/2 ）
………（1）
Mevetly提出适用于第一及第二阶段的公式
B(1 ect ) Ft
………（2）
第二阶段为线性关系，上两式中的A、B、C、F均 为实验待定常数，ε为应变，t为时间。
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金属材料的高温强度
2. 蠕
变
金属在一定温度、一定应力（即使小于ζs） 作用下，随着时间的增加而缓慢连续产生 塑性变形的现象称为蠕变。
蠕变在温度较低时也会发生，但只有在温度高
于0.3Tf（熔点温度）时才比较明显。
引起材料蠕变的应力状态可以是简单的（例如单向 拉伸、压缩、弯曲），也可能是复杂的；可以是静 态的，也可能是动态的。
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金属材料的高温强度
2.1蠕变曲线的定性分析
蠕变是材料力学性能之一，材料抗蠕变的能力是蠕变强度， 用蠕变极限表示。 材料抗蠕变断裂的能力用持久强度表示。
蠕变极限与持久强度用试验测定，测定出的蠕变曲线可能是恒应 力状态，也可能是恒温度状态曲线。 无论何种，典型的蠕变曲线都可以分为三个阶段，
T p : 0.002m m
金属材料的高温强度
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材料在高温条件下，承受不同的载荷，其断裂所需的时间也不同。
不但断裂所需的时间随着承受的应力增加而缩短，而且断裂的形式也会 发生改变。
晶界强度与晶粒强度随温度增加而下降的趋势不同，在其交点 对应温度TS（称为等强温度）以上，材料由穿晶断裂变为沿晶 断裂。 形变速度愈低则TS愈低
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。
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第08章金属高温力学性能
1．解释下列名词：
(1 )等强温度；(2) 约比温度；(3) 蠕变；(4) 稳态蠕变；(5) 扩散蠕变；(7) 持久伸长率；
(8) 蠕变脆性；(9) 松弛稳定性。
2．说明下列力学性能指标的意义：
(1) σtε；(2) σtδ/τ；(3) σtτ；(4)σsh
3．试说明高温下金属蠕变变形的机理与常温下金属塑性变形的机理有何不同?
4．试说明金属蠕变断裂的裂纹形成机理与常温下金属断裂的裂纹形成机理有何不同?
5．Cr—Ni奥氏体不锈钢高温拉伸持久试验的数据列于下表。
(1) 画出应力与持久时间的关系曲线。
(2) 求出810℃下经受2000h的持久强度极限。
(3) 求出600℃下20000h的许用应力(设安全系数n=3)。
6．试分析晶粒大小对金属材料高温力学性能的影响。
7．某些用于高温的沉淀强化镍基合金，不仅有晶内沉淀，还有晶界沉淀。
晶界沉淀相是一种硬质金属间化合物，它对这类合金的抗蠕变性能有何贡献?
8．和常温下力学性能相比，金属材料在高温下的力学行为有哪些特点?造成这种差别的原因何在?
9．金属材料在高温下的变形机制与断裂机制，和常温比较有何不同?
10．讨论稳态蠕变阶段的变形机制以及温度和应力的影响。
11．蠕变极限和持久强度如何定义，实验上如何确定?
12．什么是Larson-Miller参数，它有何用处?
13. 提高材料的蠕变抗力有哪些途径?
14．应力松弛和蠕变有何关系?如何计算一紧固螺栓产生应力松弛的时间。
15．为什么许多在高温下工作的零件要考虑蠕变与疲劳的交互作用?实验上如何研究这种交互作用?应变范围分配法如何预测疲劳—蠕变交互作用下的损伤?。