蠕变---高温强度与断裂
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耐热钢的高温力学性能耐热钢的基本性能是它在高温下的力学性能和耐腐蚀性能,同时还有常温下的力学性能、工艺性能和物理性能等。
耐热钢的高温力学性能主要包括蠕变性能、持久强度、疲劳性能、松弛性能等。
1 蠕变性能耐热材料的蠕变是指温度高于0.5T下,材料所承受的应力远低熔点于屈服强度的应力时,随着加载时间的持续增加而产生的缓慢塑性变形现象。
通常用蠕变曲线来描述材料的蠕变规律。
在实践中通常使用条件蠕变极限来测定耐热钢的蠕变性能。
条件蠕变极限是指在获得一定变形速率,在规定时间内获得一定总变形量的应力。
一般用下列两种方式表示:表示;1) 以伸长率确定蠕变极限时,用σδτ/τ表示。
2) 以蠕变速率确定蠕变极限时,用σv在工程实践中常用规定的蠕变速率确定蠕变极限。
汽轮机、锅炉设备零部件的工作时间一般规定为105h。
用于汽轮机、锅炉设备的耐热钢,其条件蠕变极限的确定是以105h变形为1%时的应力来计算零部件的强度。
2 持久强度耐热材料的持久强度是指在给定的温度下和规定的时间内断裂时的强度,要求给出的只是此时所能承受的最大应力。
持久强度试验不仅反映材料在高温长期应力作用下的断裂应力,而且还表明断裂时的塑性(即持久塑性)。
耐热材料零部件在高温下工作的时间长达几百小时,几千小时,甚至几万小时,而持久强度试验不可能进行那么长时间,一般只做一些应力较高而时间较短的试验,然后根据这些试验数据利用外推法,得出更长时间的持久强度值。
但外推法所得持久强度值可能与实际值有差距,因此,重要的材料仍需进行长达数万小时的持久强度试验。
耐热材料零部件由于温度波动会加速蠕变过程,降低持久强度。
有些耐热钢有缺口敏感性。
缺口所造成的应力集中对持久强度的影响决定于试验温度、缺口的几何形状、钢的持久塑性、热处理工艺及钢的成分等因素。
3 疲劳性能高温下工作的材料,除经受机械疲劳之外,还经受热疲劳作用。
材料经多次反复热应力循环以后导致破坏的过程称为热疲劳。
航空发动机涡轮叶片、导向叶片、涡轮盘及汽轮机叶片等部件经常处于温度急剧交变情况下工作.使材料内部承受交变的热应力,同时伴随着弹性变形的循环,由此引起塑性变形逐渐积累损伤,最后导致材料破坏。
力学性能试验:蠕变试验是什么所谓蠕变,就是指金属材料在恒温、x恒载荷的长期作用下缓慢的产生塑性变形的现象。
在高温条件下,蠕变对构件产生的影响十分显著。
严格来说,任何温度下金属材料都可能产生蠕变,但低温时并不明显,因此可以忽略不计;但当约比温度>0.3的时候,蠕变效应将比较明显,此时就必须考虑蠕变的影响。
蠕变试验的研究意义目前在石油化工、能源、医药、冶金等行业中,高温及腐烛性较强的产品非常普遍,由此对承载构件的安全可靠性就提出了更高的要求。
这些承载构件的意外破坏将可能会导致灾难性的后果和重大的经济损失。
调查发现,大多数高温环境承载构件的失效是由高温、高压作用引起的高温蠕变所致。
不同金属材料的组织、化学成分和热物理性能都存在着较大的差异,因此其蠕变性能的高低也不尽相同。
例如,低合金钢和不锈钢之间的蠕变性能就存在很大的差异。
鉴此,研究金属材料的高温蠕变特性就显得尤为重要。
现如今,在研究金属材料蠕变特性时,除单轴拉伸蠕变试验方法外,研究者还提出了微小型试样技术等新型试验方法。
新的方法能解决单轴拉伸蠕变拉伸试验耗材多、试样制备要求严格等问题,但仍然耗时费力。
且对于在役设备来说,这些方法都会不同程度影响设备的正常运行。
蠕变的分类由于施加应力方式的不同,x e 可分为高温压缩蠕变、高温拉伸蠕变、高温弯曲蠕变和高温扭转蠕变。
高温蠕变比高温强度能更有效地预示材料在高温下长期使用时的应变趋势和断裂寿命,是材料的重要力学性能之一,它与材料的材质及结构特征有关。
蠕变试验方法单轴拉伸蠕变试验蠕变试验方法之一采用单轴拉伸试验温度一定的条件下,将一组试样置于不同应力下进行试验,得到一组孺变曲线,然后画出该温度下应力与规定时间蠕变速率的关系曲线,即可求出规定蠕变速率下的蠕变极限。
三点弯小试样蠕变试验单轴拉伸蠕变试验方法用材较多且对试样尺寸要求严格。
微小型试样技术是解决这种问题的有效方法。
因此,马渊睿等人通过将微小型试样技术与三点弯曲蠕变试验方法相结合,提出了三点弯小试样试验方法。