浅析金属材料的高温蠕变性能

[导读] 许多金属元素，由于其自身性能的限制，不适合在高温下作业。 周楠

（郑州大学材料科学与工程学院，河南 郑州 450001）

中图分类号：TG132.32 ；TG115 文献标识码：A 文章编号：1673-0992（2011）07-207-01

摘要：本文通过分析金属材料的高温蠕变性能，从蠕变的宏观规律谈起，引出金属高温的几个性能指标，到分析晶体内部的蠕变变形机制，揭示其蠕变的本质，最后提出在实际生产中提高蠕变抗力的途径。

关键词：金属；蠕变速率；变形机制

金属是工业应用最广泛的材料之一。许多金属元素，由于其自身性能的限制，不适合在高温下作业。但是在能源化工，冶金等领域，许多零构件又必须在高温高压系统中长期运转，例如，高压锅炉、反应容器、蒸汽轮机等，这就对其使用材料提出了更高的要求。而且，我们也不能再用一些常温性能指标来衡量其高温力学性能。所以，深入了解金属材料的高温力学性能，正确评估构件的使用寿命和安全性，成为材料科学研究的重中之重。 周围生活中，我们会发现，灯泡用久了，就很容易坏掉。其中一个重要原因就是灯丝由于自身的重量产生的应力，引起灯丝发生形变。过多的形变会使灯丝相互接触，引起短路，随之也就废掉。还有蒸汽涡轮发电站中，发动机长期处于高温高压系统中，涡轮叶片就会发生形变，积累到一定程度就会接触到外套，影响正常工作。这些都是金属材料在高温的一个重要力学现象——蠕变。

所谓蠕变，是指在一定的温度和较小的恒定外力（拉力、压力、扭力）作用下，材料的形变随时间的增加而逐渐增大的现象。严格来说，蠕变可以发生在任何温度，但是只有当Ｔ／TM大于0.3时，蠕变现象才会明显。这样说来蠕变的研究对于金属材料的高温使用有着重要的意义，下面我们从以下几个方面来简单分析一下金属材料的蠕变。

一、蠕变的宏观规律

金属材料蠕变的宏观规律我们可以用蠕变曲线来描述。曲线上任一点的斜率来表示该状态的蠕变速率，并按其速率大小可以分为三个阶段：

减速阶段 1· 蠕变的速率随时间的延长而减小。又称为过渡蠕变阶段，实质上是一个加工硬化过程。 恒速阶段 2· 蠕变速率几乎不变，又称为稳态蠕变阶段。其稳态蠕变速率决定了蠕变寿命及总的伸长量。 加速蠕变阶段 3· 蠕变速率一直增大直到发生断裂。

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