金属材料强度与温度的关系1

在高温下即使承受应力小于该温度下的屈服强 度，随着承载时间的增加材料也会产生缓慢而 连续的塑性变形，即材料将发生蠕变。

在高温下随承载时间的增加塑性会显著下降， 材料的缺口敏感性增加，断裂往往呈脆断现象。
温度影响材料的微观断裂方式。
环境介质对材料的腐蚀作用随着温度的升高而加
剧，从而影响材料的力学性能。
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一种理想的材料，要求它的蠕变曲线具有很小的 起始蠕变（蠕变第一阶段）和低的蠕变速度（蠕变第 二阶段），以便延长产生1％总变形量所需的时间。 同时也要有一个明显的第三阶段，可以预示材料 的强度正在消失，断裂时有一定的塑性。



蠕变是一个包含许多过程的复杂现象。比起室温下的 力学性能来材料的蠕变性能对组织结构的变化更为敏 感。 所以蠕变曲线的形状往往随着材料的组织状态以及蠕 变过程中所发生的组织结构变化的不同而不相同。
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2. 蠕

变
材料在一定温度、一定应力（即使小于σs） 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。
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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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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，
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蠕变曲线
Ⅰ减速蠕变 Ⅱ恒速蠕变 Ⅲ加速蠕变
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2.2.3 温度与蠕变速度的关系

温度对蠕变有重要影响，进行蠕变试验时 必须精确测量与控制温度。随着温度升高， 蠕变速度增大。许多人提出过温度与恒速 蠕变的变形量或蠕变速度的关系式。
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谢谢
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温度和时间对材料力学性能的 影响
内
1.
容
金属材料在高温下的力学行为特点
蠕变
2.
2
1. 材料在高温下的力学行为特点

在高温条件下材料的变形机制增多，易发生塑性变形，表 现为强度降低，形变强化现象减弱，塑性变形增加。

强度随温度升高而降低，塑性则随温度升高而增加。

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。

例如在高温下会发生相变的某些合金（如Fe－20.5％W，Ni－ 25.5％Mo等），即使在承受拉伸载荷时，也会由于相变时的 体积变化而使试件收缩，形成所谓的“负蠕变现象”。
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2.2蠕变曲线的定量分析
关于蠕变曲线的表示方式，

有用蠕变过程中应变或应变速度与时间的关系来表 示， 有用应变或应变速度与温度的关系来表示， 还有用应变或应变速度与应力的关系来表示。
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Ⅰ减速蠕变：蠕变速率不断减小，是不稳 定的蠕变阶段。
Ⅱ恒速蠕变：蠕变速率最小，且接近常量， 是稳定的蠕变阶段。 Ⅲ加速蠕变:蠕变速率又开始加大，是蠕变 的加速阶段。


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不同材料在不同条件下得到的蠕变曲线是不同的 同一种金属材料蠕变曲线的形状也随应力和温度不同而不同

但一般而言，各种蠕变曲线差不多都保持着上述三个组成部分，只是各阶段持续时 间长短不一 左图表示了温度不变时应力对蠕变曲线的影响， 右图表示了应力不变时温度对蠕变曲线的影响。 由图可见，应力较小或温度较低时，蠕变第二阶段即稳定蠕变阶段延续很长。 反之则第二阶段可能很短甚至消失。这时蠕变只有第一阶段和第三阶段，材 料将在短时间内断裂。
应力,MPa
300 250 200 150 100 50 0 0 10 20 30 40 ε =85%/min ε =10%/min ε =1.0%/min ε =0.1%/min
450℃
50 应变ε %
60
70
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小结
强度随温度升高而降低，塑性则随温度升高而增
加。
力学行为及性能与加载持续时间密切相关
有些表达式可同时表达三个阶段的蠕变规律，
有的只表示某阶段的蠕变规律。


不同的表示方式可获得不同的关系式，目前应用较 广的是应变或应变速度与时间的关系。
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应力与蠕变速度的关系

研究应力与蠕变速度的关系时多采用恒速 蠕变阶段，因为设计时多以第二阶段蠕变 速度作为指标。这样可使研究简化，并有 明确的工程意义。

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。
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在高温条件下，应变速度对材料的强度也有明显 的影响。

应变速度越高，材料的强度也越高。

尽管室温下应变速度对强度也有影响，但在高温下这种影响要 大得多。
450 400 350 ε =85%/min ε =10%/min ε =1.0%/min ε =0.1%/min 25℃