航空航天材料-高温合金部分05蠕变
高温合金在航空航天领域中的应用研究
高温合金在航空航天领域中的应用研究引言：航空航天领域对材料的性能有着极高的要求，尤其是在高温环境下。
高温合金作为一种重要的材料类型，在航空航天领域发挥着关键作用。
本文将探讨高温合金在航空航天领域中的应用，并介绍相关研究的进展和未来发展方向。
1. 高温合金的特性和优势高温合金是一种具有优异高温稳定性和抗氧化性能的材料。
其主要特点包括高硬度、高熔点、良好的抗高温蠕变性能和抗氧化性能等。
这些特性使得高温合金成为航空航天领域中首选的材料之一。
2. 高温合金在航空领域的应用研究2.1 航空发动机航空发动机作为航空器的核心部件，对材料的高温性能有着极高的要求。
高温合金被广泛应用于风扇、压气机、燃烧室和涡轮等部件中。
通过使用高温合金，可以提高发动机的工作温度和效率，延长发动机的使用寿命。
2.2 航空结构件航空航天中的结构件，如液体火箭推进器、涡轮转子和涡轮喷气发动机的部件等，在高温条件下需要保持强度和稳定性。
高温合金具有优秀的机械性能，可以满足这些结构件在高温环境下的使用要求。
3. 高温合金在航天领域的应用研究3.1 航天器耐热材料由于航天器在再入过程中面临高温、高速和剧烈振动等极端环境，需要耐受高温气体和粒子的侵蚀。
高温合金的抗氧化性和高温稳定性使其成为航天器耐热材料的理想选择。
3.2 航天推进系统航天器的推进系统对高温合金也提出了极高的要求。
航天器发动机和推进器的部件需要在高温高压的工作环境下保持稳定性和可靠性。
高温合金的独特性能使其能够耐受高温高压条件下的工作要求。
4. 高温合金应用研究的进展近年来，随着先进制造技术的发展，高温合金的研究也取得了许多重要的进展。
研究人员通过合金改性、表面处理和涂覆技术等手段，进一步提高了高温合金的耐热性能和抗氧化性能。
此外，对高温合金的微观结构和组织性能的研究不断深入，为高温合金的应用提供了更多的理论依据和实验支持。
5. 高温合金在航空航天领域中的未来发展方向尽管高温合金在航空航天领域中已经有了广泛的应用，但仍然存在一些挑战需要克服。
高温合金材料的高温蠕变性能研究
高温合金材料的高温蠕变性能研究高温合金材料是一类特殊材料，具有出色的高温蠕变性能，在高温环境下能够保持稳定的结构和性能。
这使得高温合金材料在航空航天、能源开发和其他高温工艺领域中得到广泛应用。
然而，了解和研究高温合金材料的高温蠕变性能是至关重要的，以确保其在极端条件下的可靠性和安全性。
高温蠕变是指材料在高温下长期承受载荷而发生的塑性变形。
在高温蠕变的过程中，晶体中的金属原子会发生位移和扩散，导致材料的形变和失效。
因此，了解高温蠕变机理以及高温合金材料的蠕变行为对材料的性能评估和设计具有重要意义。
为了研究高温合金材料的高温蠕变性能，科学家们采用了各种方法和技术。
其中一种常用的方法是使用蠕变实验机来测试材料在高温和应力条件下的蠕变行为。
这些实验可以提供有关材料在不同应力下的蠕变速率、延迟时间和持久力的信息。
此外，通过对材料的显微结构和相变进行观察和分析，可以深入了解高温蠕变的机理和规律。
高温蠕变性能的研究不仅依赖于实验数据，还需要结合理论模型和数值模拟。
通过建立适当的数学模型，可以更好地理解高温蠕变的过程和机制。
例如，流变学模型可以描述材料在高温下的变形行为，并预测其在特定条件下的失效时间。
数值模拟则可以通过模拟高温蠕变的过程和变形状态，提供更详细的信息和预测。
在实际应用中，高温合金材料的高温蠕变性能也需要与其他因素进行综合考虑。
例如，材料的化学成分、晶体结构、热处理和加工工艺等都会对其高温蠕变性能产生影响。
因此，研究人员还需要对高温合金材料进行全面的性能评估和优化设计，以满足特定应用的需求。
高温合金材料的高温蠕变性能研究具有一定的挑战性。
首先，高温蠕变的机制和规律很复杂，需要深入的实验和理论研究。
其次，高温实验条件下的材料测试需要耗费大量的时间和资源。
此外，高温合金材料的制备和加工也需要高度的技术和工艺控制。
因此，要进行高质量的高温蠕变性能研究，需要多学科的合作和全面的实验与理论支持。
总之，高温合金材料的高温蠕变性能研究是一个重要的领域，对于确保材料在高温环境下的可靠性和安全性具有重要意义。
各种高温合金特性的介绍
各种高温合金特性的介绍高温合金是指在高温环境下具有良好性能的合金材料。
它们具有耐高温、抗氧化、抗蠕变等特性，在航空航天、能源、化工等领域具有广泛应用。
下面将介绍几种常见的高温合金及其特性。
1.镍基高温合金镍基高温合金是目前应用最为广泛的一类高温合金。
它们的主要特性如下：-耐高温性能优异：镍基高温合金能在高温下保持良好的力学性能，能在1000℃以上长期使用。
-抗氧化：镍基高温合金能在高温气氛中形成致密的氧化层，防止进一步氧化。
-耐蠕变性能优异：镍基高温合金具有优异的抗蠕变性能，能在高温下长期承受较大的应力而不发生塑性变形。
-抗化学侵蚀能力强：镍基高温合金能够抵抗大多数腐蚀介质的侵蚀，适用于复杂的化工环境。
2.钛基高温合金钛基高温合金是一类新兴的高温合金材料，其主要特性如下：-耐高温性能优异：钛基高温合金可以在600℃以上长期使用，一些类型的钛基高温合金甚至可以在900℃以上使用。
-轻质高强度：钛基高温合金具有较低的密度和高的强度，适用于高温结构轻量化的需求。
-抗氧化：钛基高温合金通过表面氧化处理形成一层致密、防氧化的外层，具有很好的抗氧化性能。
-耐腐蚀性：钛基高温合金在酸碱、盐等腐蚀介质中的耐蚀性能较强，适用于复杂化学环境。
3.铝基高温合金铝基高温合金是一类用铝为基础元素的高温合金。
其主要特性如下：-耐高温性能优异：铝基高温合金一般在500℃以上能够长期使用，一些铝基高温合金甚至在900℃以上也有应用。
-轻质高强度：铝基高温合金的密度较低，但强度较高，适用于高温结构轻量化和高载荷需求。
-抗氧化：铝基高温合金能在高温下形成致密的氧化层，具有较好的抗氧化性能。
-耐蠕变性能优异：铝基高温合金能在高温下保持较好的力学性能，抗蠕变性能突出。
4.铂基高温合金铂基高温合金是一类以铂为基础元素的高温合金-高温稳定性：铂基高温合金在高温下具有较高的稳定性，具有较好的抗氧化性能。
-耐蠕变性能优异：铂基高温合金具有优异的抗蠕变性能，可以在高温高应力下使用。
UNS R30605钴基高温合金
UNS R30605钴基高温合金UNS R30605是以20Cr和15W固溶强化的钴基高温合金，在815℃以下具有中等的持久和蠕变强度，在1090℃以下具有优良的抗氧化性能，同时具有满意的成形、焊接等工艺性能。
适用于制造航空发动机燃烧室和导向叶片等要求中等强度和优良的高温抗氧化性能的热端高温零部件。
也可在航天发动机和航天飞机上使用。
可生产供应各种变形产品，如薄板、中板、带材、棒材、锻件、丝材以及精密铸件。
UNS R30605材料牌号 UNS R30605UNS R30605相近牌号UNSR30605材料的技术标准WS9 7053-1996 《UNSR30605合金热轧板材、冷轧薄板和带材》Q/5B 4021-1992 《UNSR30605合金环形锻件技术条件》Q/5B 4031-1992 《UNSR30605合金棒材》Q/5B 4032-1992 《UNS R30605合金带材》Q/5B 4033-1992 《UNS R30605合金带材（硬态）》Q/5B 4059-1992 《UNS R30605高温合金冷拉焊丝》UNS R30605化学成分UNS R30605热处理制度板材、带材：1175～1230℃,快速冷却；环形件：1175～1230℃，保温不少于15min,水冷或快速空冷；棒材（机加工用）：1175～1230℃,快速冷却。
UNS R30605品种规格与供应状态可以供应δ≤14mm的热轧中板、δ≤4mm的冷轧板材、δ0.05～0.80mm的冷轧带材、δ0.20～0.80mm 的冷硬带材、d0.2～10.0mm的焊丝、d≤300mm的棒材和各种直径及壁厚的环形件。
中板和薄板经固溶、碱酸洗、切边后供应；带材经固溶、碱酸洗、切边后成卷供应；冷硬带材经固溶、冷轧、退火、抛光和切边后供应；焊丝以硬态、半硬态、固溶加酸洗、光亮固溶处理状态成盘交货，也可以直条交货；环形件经固溶处理粗加工或除氧化皮后供应；机加工用棒材经退火后酸洗或磨光后供应，热加工用棒材可经退火并磨光后交货。
高温合金材料的变形机制与变形行为
高温合金材料的变形机制与变形行为在高温环境下，材料的性能表现变得尤为重要。
因此，高温合金材料的研究和应用成为了材料科学领域的重要课题之一。
高温合金材料具有出色的耐高温性能和抗氧化性能，被广泛应用于航空航天、汽车工业、能源行业等领域。
高温合金材料的变形机制主要包括塑性变形和本构关系两个方面。
塑性变形是材料在外力的作用下，经过变形能够恢复到原始形状的能力。
本构关系则描述了材料的应力和应变之间的关系。
塑性变形的机制取决于高温合金材料的晶体结构和晶体的变形行为。
晶体结构对高温合金的耐高温性能至关重要。
高温合金通常采用面心立方晶体结构，这种结构能够提供更好的机械性能和抗氧化性能。
高温合金材料的变形行为主要包括滑移、蠕变和晶界滑移等。
滑移是指晶体中的原子沿着晶面或晶轴方向滑动，从而使晶体发生塑性变形。
蠕变是指在高温环境下，材料在持续荷载下发生的时间依赖性塑性变形。
晶界滑移是指晶界附近的原子在应力作用下的位移。
滑移、蠕变和晶界滑移是高温合金材料变形机制的重要组成部分，也是高温材料高温性能的关键因素。
通过深入研究这些变形行为可以提高高温合金材料的性能，进一步推动高温材料的发展。
材料的本构关系描述了材料的应力和应变之间的关系。
高温合金材料的本构关系通常采用应变硬化本构模型来描述。
应变硬化是指材料在应变增加时，其抗力也会相应增加。
通过研究材料的本构关系，可以预测材料在高温环境下的力学行为。
除了塑性变形和本构关系，高温合金材料的变形机制还涉及热膨胀和热应力等因素。
在高温环境下，材料会因为温度的变化而发生膨胀，从而引起应力的变化。
热应力对材料的变形行为具有重要的影响，特别是对于高温合金材料来说。
总的来说，高温合金材料的变形机制与变形行为对材料的性能和应用具有重要影响。
深入研究高温合金材料的变形机制和本构关系，可以为材料的设计和制备提供重要的理论依据。
同时，加强对高温合金材料的研究和应用，将为航空航天、汽车工业和能源行业等领域的发展提供更好的支持。
高温合金钢的热蠕变行为与强度稳定性研究
高温合金钢的热蠕变行为与强度稳定性研究摘要：高温合金钢是一种广泛应用于航空航天、核能和石油化工等领域的重要结构材料。
然而，在高温环境下工作时，高温合金钢会遭受热蠕变行为的影响，导致材料的强度稳定性降低。
因此，对高温合金钢的热蠕变行为及其对材料强度稳定性的影响进行研究具有重要意义。
本文综述了高温合金钢的热蠕变行为、蠕变机制以及强度稳定性的研究进展，为高温合金钢的设计和应用提供理论参考。
1. 引言高温合金钢是指在高温环境下具有良好机械性能和耐热性的合金钢。
它通常由铁（Fe）、铬（Cr）、钼（Mo）、钨（W）等元素组成，并通过相变和强化相来提高其力学性能。
高温合金钢广泛应用于航空航天、核能和石油化工等领域，承受高温环境和复杂应力条件下的工作。
然而，在高温工作环境下，高温合金钢会遭受热蠕变行为的影响，导致材料强度稳定性降低。
2. 高温合金钢的热蠕变行为热蠕变是指在高温和常应力下，材料会发生持续的塑性变形。
高温合金钢的热蠕变行为是由内部晶体结构的塑性变形和原子扩散引起的。
研究表明，高温合金钢的热蠕变行为与应力、温度、时间以及晶体结构等因素密切相关。
研究人员通过研究高温合金钢的蠕变曲线、蠕变速率和蠕变机制等参数来了解材料的热蠕变行为。
蠕变曲线通常包括主蠕变阶段、稳态蠕变阶段和终止蠕变阶段。
主蠕变阶段是指在应力作用下，材料发生连续的塑性变形；稳态蠕变阶段是指材料的应变速率与时间变化之间达到平衡；终止蠕变阶段是指蠕变过程逐渐停止。
3. 高温合金钢的蠕变机制高温合金钢的蠕变机制可以分为位错滑移和粒间滑移两种形式。
位错滑移是指材料中的晶体缺陷位错沿晶格平面产生滑移。
位错滑移对于晶体结构的稳定性和强度稳定性具有重要影响。
粒间滑移是指高温合金钢的晶粒在热应力作用下相对滑移，这种滑移通常发生在晶界附近。
粒间滑移对高温合金钢的抗蠕变和抗疲劳性能具有显著影响。
4. 高温合金钢的强度稳定性研究表明，高温合金钢的热蠕变行为会导致材料的强度稳定性降低，主要表现为材料的屈服强度和延伸率的降低。
镍基高温合金材料的蠕变性能研究
镍基高温合金材料的蠕变性能研究蠕变是材料在高温下受到持续载荷引起的塑性变形现象。
对于镍基高温合金材料而言，蠕变性能是评价其抗高温变形和延长使用寿命的重要指标。
本文旨在探讨镍基高温合金材料的蠕变性能，并进行相应的研究。
一、引言镍基高温合金材料是一类具有优异高温性能和耐热腐蚀性能的材料，被广泛应用于航空航天、能源、化工等领域。
然而，在高温环境下，镍基高温合金材料长时间持续受到应力载荷的作用，会发生蠕变现象，导致材料性能下降甚至失效，因此研究镍基高温合金材料的蠕变性能具有重要意义。
二、蠕变机制蠕变是材料在高温下受到应力作用导致的塑性变形，其机制主要包括晶体滑移、晶体自扩散和晶体再结合等过程。
晶体滑移是指晶体中原子沿着晶格面产生位错滑移，从而引起材料的塑性变形。
晶体自扩散是指晶体内部的原子在热激活下从一处扩散到另一处，以消除应力集中，促进材料的变形。
晶体再结合是指塑性变形过程中，一些位错会因为碰撞而合并，从而减少其数量。
三、蠕变实验为了研究镍基高温合金材料的蠕变性能，通常会进行蠕变实验。
蠕变实验一般分为恒应力蠕变实验和恒应变蠕变实验两种。
恒应力蠕变实验是在一定温度下施加恒定应力，测量材料的蠕变应变随时间的变化。
恒应变蠕变实验是在一定应变速率下施加应变，测量材料的蠕变应力随时间的变化。
四、影响蠕变性能的因素镍基高温合金材料的蠕变性能受到多种因素的影响，包括温度、应力、应变速率、合金化元素等。
温度是影响蠕变性能最重要的因素，一般情况下，随着温度的升高，蠕变应变增加。
应力是引起蠕变的主要驱动力，较高的应力会加剧蠕变现象。
应变速率是指应变的施加速度，较高的应变速率会导致更明显的蠕变现象。
合金化元素可以通过调整合金的成分和微观结构来改善蠕变性能。
五、蠕变寿命预测蠕变寿命预测是研究镍基高温合金材料蠕变性能的重要内容。
通过分析蠕变实验数据并建立相应的蠕变寿命模型，可以预测材料在实际使用中的抗蠕变寿命。
常用的蠕变寿命模型包括应力指数模型、应变指数模型和损伤力学模型等。
镍基高温合金材料的蠕变性能测定
镍基高温合金材料的蠕变性能测定蠕变是材料在高温和高应力条件下的一种时间依赖性变形，对于镍基高温合金材料来说，蠕变行为的研究尤为重要。
本文将介绍镍基高温合金材料蠕变性能的测定方法及其应用。
一、引言镍基高温合金材料具有优异的高温抗氧化、耐蠕变和抗疲劳性能，在航空航天、能源等领域得到广泛应用。
然而，由于工作条件的复杂性，蠕变行为的研究成为保证材料可靠性和安全性的关键。
二、蠕变性能的测定方法1. 短期蠕变实验短期蠕变实验是测定材料在高温下加载时瞬时蠕变变形的一种方法。
实验通常以恒定应力或变应力加载，结合不同温度和时间进行测试。
通过记录应力-时间曲线和蠕变应变-时间曲线，可以得到蠕变应变速率、蠕变曲线等参数。
这种实验方法可以快速获取材料的初步蠕变性能。
2. 恒应力蠕变实验恒应力蠕变实验是测定材料在高温下长期蠕变变形的一种方法。
实验中，加载恒定应力到材料上，记录蠕变应变随时间的变化情况。
通过分析蠕变曲线，可以得到蠕变应力、蠕变速率、蠕变寿命等参数。
这种实验方法能较好地模拟材料在实际工作条件下的蠕变行为。
3. 应变速率控制蠕变实验应变速率控制蠕变实验是测定材料在高温下不同应变速率下的蠕变行为的一种方法。
通过加载具有不同应变速率的变形，记录蠕变应变-时间曲线以及应力-应变曲线，可以得到应变速率对蠕变性能的影响。
这种实验方法可以实现对材料蠕变行为的精确控制，对于研究材料在复杂工况下的蠕变行为具有重要意义。
三、蠕变性能的应用镍基高温合金材料的蠕变性能对其在高温和高应力条件下的应用至关重要。
蠕变性能的测定结果对于优化材料设计、提高组织结构和工艺等方面有着重要指导意义。
1. 材料设计通过研究材料的蠕变行为，可以了解材料在高温和高应力条件下的变形机制，为材料设计提供重要依据。
通过合理选择合金元素、优化相组成和比例，可以改善材料的蠕变抗力，提高其在高温环境下的耐久性。
2. 工艺改进蠕变性能的测定结果可以指导工艺改进。
通过调整热处理工艺、控制晶粒尺寸和形态，可以有效提高镍基高温合金材料的蠕变性能，降低在高温应力下的变形。
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高温合金的蠕变
高温合金在高温应力作用下会发生蠕变，蠕变指材 料在高温和低于材料宏观屈服极限的应力（或载荷） 下发生的缓慢而连续的塑性变形。 根据蠕变曲线的形状蠕变可以分为三个阶段： 第一阶段：初始蠕变阶段，蠕变速率随时间不断 降低。 第二阶段：稳态蠕变阶段，蠕变速率随蠕变时间 或应变的增加保持不变或基本不变。 第三阶段：加速蠕变阶段，蠕变速率随时间加快 直至断裂。
• 两者一次或同时发生时，加速或减缓总损 伤，影响疲劳寿命。
• 加载方式：轴向，旋转弯曲，反复弯曲， 扭转等。
影响疲劳寿命的工程因素
• 表面状况的影响
影响疲劳寿命的工程因素
• 表面缺口的影响
不同缺口半径下GH4169合金的缺口高周疲劳强度极限
缺口半径/mm 0.75 0.5 0.5 应力集中系数/Kt 1.65 1.89 2.78 疲劳极限/Mpa 441 353 304
Typical creep curves of the Ni-Al-Mo-Ta single crystals tested at (a)982oC, 234Mpa (b)982oC,186Mpa (c)1038oC,179Mpa (d)1038oC,147Mpa ts-steady-state creep; tt-tertiary creep
简单合金，n为1，3，5时分别代表晶界扩散蠕 变，位错粘滞滑移蠕变、晶格自扩散引起的高 温攀移控制的蠕变。 第二相强化合金，应力指数n≥6
IN738LC、DZ417G、K435和U720Li四种镍基合金蠕 变速率与所加应力的关系
温度的影响：
• 当所加应力一定时，
lg εs Qc / RT const
疲劳参数-循环应力
• 循环应力常见种类：
对称交变应力，如图(a)，σm=0，R=-1。 脉动应力，如图(b)，σm= σa>0，R=0。 波动应力，如图(d)， σm>σa，0<R<1。 不对称交表应力，如图(e)，-1<R<0。
疲劳参数-循环应变
εmax为应变幅的最大值，εmin为应变幅最小值，类似于循环应力可以确定出应变幅， 应变范围，平均应变和应变比
第三阶段蠕变规律及其机理
After standerd heat treatment and after additional annealing for 100h at 954℃
Without applied stress
Under compressive stress normal to the top face
Under an equal tensile stress
蠕变断裂行为及机理
• 当蠕变进入第三阶段后，蠕变速率逐渐增加，并最 终导致断裂。 蠕变断裂： 穿晶断裂，出现于较低温度和较大应力情况，塑 性变形速率很快，断裂前发生相当大的塑性伸长。 蠕变断裂类似于常温下的韧性断裂。 沿晶断裂，高温低应力下发生，蠕变断裂前变形 小，蠕变损伤为沿晶裂纹的产生与扩展。
• 低周疲劳是一种定量描述构件疲劳寿命的 一种方法或手段。
高温合金低周疲劳的循环应力响应行为
• 循环硬化
– 高温合金在循环形变过程中，位错与固溶原子、 位错与位错以及位错与第二相粒子间发生强烈 的交互作用，使位错运动受阻，形变阻力增大。
• 循环软化
– 受高温合金原始组织，成分，疲劳试验条件的 影响
其中，A-材料组织有关的常数；T-绝对温度；R-气 体常数；Qc-表观蠕变激活能；n-应力指数； σa是施加应力
应力的影响：
恒温度条件下，
lg εs n lg a const
lg 这样， ε s 对 lg a 在等轴坐标图上呈直线关系， 斜率为应力因子n。
通常可以利用n值判断金属材料的蠕变机理。
循环硬化行为
循环软化行为
循环硬化与软化行为
循环应力应变曲线
疲劳裂纹的形核、扩展与断裂
GH4413合金在850oC，疲劳断裂试样裂纹在表面形核
高温合金蠕变、疲劳交互作用
• 蠕变疲劳交互作用的本质是蠕变损伤和疲 劳损伤的相互关系。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ疲劳损伤的主要形式是裂纹在晶内扩展 蠕变的主要损伤形式是空洞在晶界形核和长大
第一阶段蠕变规律及其机理
基于高温蠕变位错理论，用来描述高温蠕变第一阶 段和第二阶段的数学式： 1、Garofalo式：
ε ε0 ε t 1 exp mt εs t
ε0 为加载时所观察到的瞬时应变， εt 为第一阶段总应变， m 是一个与第一阶段蠕变耗尽速率有关的常数。 为稳态蠕变速率， t 为蠕变时间。
同样 lg ε s 对1/T在等轴坐标上作图呈直线关系。 根据直线斜率可以求出表观蠕变激活能。
DZ417G、IN738LC、K435合金的稳态蠕变速率与温 度的关系
高温蠕变机制 受原子扩散过 程所控制
晶体取向对稳态蠕变速率的影响：
第三阶段蠕变规律及其机理
• 蠕变进入第三阶段，蠕变速率增加意味着蠕变断 裂的开始。通常蠕变断裂时间tf与蠕变第三阶段 开始时间tt有线性关系 • 对于纯金属和其他合金， tf/ tt≈1.5（组织在蠕 变过程中稳定） • 对于高温合金在这阶段伴随着组织的变化。 tf/ tt比值远大于1.5。
这一数学表达式只在t>(0.1-0.15)ts条件下是适合的， 经数学处理后
ln(ε - εs ) mt const
第一阶段蠕变规律及其机理
基于高温蠕变位错理论，用来描述高温蠕变第一阶 段和第二阶段的数学式： 2、Li表达式： εi εi - εs ε ε 0 ln 1 exp1 exp(k1t ε s t k1 ε K1为位错增值速率常数，εi为初始蠕变速率。 经数学处理后
• 循环应力的波形有正弦波、矩形波、三角 波等。
疲劳参数-循环应力
• 循环应力的特性：
最大应力σmax：最大代数值应力拉为正，压为负 最小应力σmin：最小代数值应力 平均应力σm： σm=(σmax+σmin)/2 应力幅σa： σa= (σmax-σmin)/2 应力比R：R= σmin/σmax 应力范围Δ σ ： Δ σ = (σmax-σmin)=2 σa
高温合金的疲劳
• 高温合金的零部件，在高温交变应力的反复作 用，即便在应力大小对于一次单向单向载荷是 安全的，最终还会在没有任何明显的宏观先兆 的情况下发生破坏，这就是高温合金的疲劳。 • 疲劳断裂通常分为3个过程： – 疲劳硬化或软化过程 – 微裂纹形成过程 – 疲劳裂纹扩展过程
疲劳参数-循环应力
ln(1 εs ε) k1t const
Garofalo方程)推导的应变参数与蠕变时间的关系
Li方程推导的应变参数与蠕变时间的关系
第二阶段蠕变规律及其机理
• 第二阶段蠕变的速率是恒定的，对于高温应用的
合金，由于温度和应力的影响显著，稳态蠕变速
率通常都用Dorn等式来描述。
n s A a exp(Qc / RT ) ε
疲劳参数
• • • • • • • 疲劳寿命：裂纹形成寿命，裂纹扩展寿命 高周疲劳：疲劳寿命大于104~105循环次数 低周疲劳：疲劳寿命小于104~105循环次数 疲劳曲线和疲劳极限 Kt；Kf；qf 循环应力-应变曲线 循环应力-疲劳寿命曲线及其表达式
疲劳参数
疲劳参数
高温合金的高周疲劳
• 高周疲劳寿命的大部分都用于疲劳裂纹的 萌生，而疲劳裂纹的扩展只占整个寿命的 一小部分。 • 高周疲劳试验一般为控制最大、最小载荷 的恒幅疲劳试验。
影响疲劳寿命的工程因素
• 温度的影响
影响疲劳寿命的工程因素
• 应力循环频率的影响
影响疲劳寿命的冶金因素
• 强度和塑性的影响 • 晶粒尺寸的影响 • 合金组织结构的影响
高温合金的低周疲劳
• 高温合金低周疲劳，所承受的应力水平接 近或超过材料的屈服强度，即循环应变进 入了塑性应变范围。 • 低周疲劳受力形式：轴向、弯曲、扭转、 双轴和多轴受力。