1、 上一页 下一页 在高压蒸汽锅炉、汽轮机、燃气轮机、柴油机、化工炼油设备以及航空发动机中，很多机件是在高温下运转的。由于随温度增加，原子的扩散加快，因此高温对材料的力学性能有很大影响。对于材料的高温力学性能，不能只简单地用应力、应变关系来评定，还需要加入温度与时间二个因素。常用的高温力学性能有蠕变极限，持久强度及应力松驰等。蠕变极限当材料在高于一定温度下受到应力作用时，即使应力小于屈服强度，但随着时间的延长也会缓慢地产生塑性变形，这种现象称为蠕变，金属材料的蠕变速率一般在 10-6-10-4小时。对于不同的材料发生蠕变温度不同，高分子材料通常在室温下就存在蠕变现象，金属材料产生蠕变的温度要高一
2、些。蠕变过程可用蠕变曲线来描述。蠕变曲线是材料在一定温度和应力作用下，伸长率随时间变化的曲线，典型的金属蠕变曲线见图 1。图中 aa段为瞬时应变，是由外加载荷引起的一般形变过程。在蠕变曲线上任一点的斜率，表示该点的蠕变速度。按照蠕变速度的变化，可将蠕变曲线分成三段。ab 段为第一阶段，是减速蠕变阶段；bc 为恒速蠕变阶段。一般指的蠕变速率就是这一阶段曲线的斜率。cd 段是加速蠕变阶段，这一阶段由于试样出现颈缩或材料内部产生空洞、裂纹等，使蠕变速率急剧增加，直至最后断裂。同一材料蠕变曲线形状与温度高低与应力大小有很大关系，显然，温度高、应力大，蠕变速率增加，蠕变第三阶段提前。典型蠕变曲线 图 1
3、蠕变极限是高温长期负荷作用下,材料对塑性变形抗力的指标。有二种表示方法,一种是在给定温度下，使试样产生规定蠕变速率的应力值，表示为 。如一般电站锅炉、汽轮机和燃汽轮机中规定的蠕变速率为 10-6/小时,若在 600时产生这个蠕变速率的应力值为 60 Mpa，则蠕变极限为 Mpa。另一种表示方法是在给定温度和规定时间内，使试样产生一个规定蠕变变形量的应力值，记作 。这二种表示法从表面上看好象区别不大，因为 /t 表示的就是应变速率，但实际上不一样，第二种要求更具体，更可以适合机件的工作条件。这是由于第一种是用第二阶段蠕变速率来衡量的，而第二种是要求特定时间的应变量。持久强度与常温下的情况一样，材
4、料在高温下的变形抗力和断裂抗力是两种不同的性能指标。持久强度是表示材料在高温长期负荷作用下抵抗断裂的能力，是用在给定温度下材料经过规定时间发生断裂的应力值来表示的，记作 ，如某种材料在 700承受 300Mpa 载荷，经1000 小时断裂，则持久强度为 Mpa。材料的持久强度，对于设计某些在高温运转过程中不考虑变形的大小，只考虑承受给定应力下的使用寿命的机件是极其重要的。对于持久断裂的试样，还可进一步测量试样在断裂后的延伸率 %和断面收缩率 %，以反映材料的持久塑性。持久塑性也是耐热材料的一个重要性能指标，过低的持久塑性会使材料在设计使用期间发生脆性断裂，对于制造汽轮机、燃气轮机紧固件用的低合
5、金钢，一般希望 35%。应力松驰 当用螺栓把二个零件紧固在一起时，需转动螺帽使螺杆产生一定的弹性变形，这样相应地在螺杆中就产生了拉应力，而螺杆作用于螺帽的力就使二个零件连为一体了。但在高温下会发现，经一段时间后，虽然螺杆总变应没变，但这种拉应力却逐渐自行减小。这种在具有恒定总变形的零件中，随着时间的延长而应力减低的现象，称为应力松驰。这是由于随时间延长，弹性变形会不断地转变为塑性变形，使得弹性应变不断减小，这样，根据虎克定律可知，应力会相应降低。材料的应力松驰过程，可通过松驰曲线来描述，松驰曲线是在给定温度 T和给定初应力 0(MPa)条件下 ，应力随时间而变化的曲线（图 3），整个曲线可分为二个阶段，第一阶段持续时间较短，应力随时间急剧降低；第二阶段持续时间很长，应力下降逐渐缓慢，并趋于恒定。材料抵抗松驰的性能，称为松驰稳定性。松驰稳定性评价指标有多种，其中常用的是以在一定温度 T和一定初应力作用下，经过 t 时间后的“ 残余应力”来表示。对不同材料，在相同 T和 0 条件下，残余应力值越高的材料松驰稳定性越好。
