很多机件长期在高温下工作，对于这类机件金属材料，只考虑常温短时静载时的力学性能是不够的。

什么情况下算高温？

温度的“高”或“低”是相对该金属的熔点来讲的，一般采用“约比温T/Tm(Tm表示材料熔点)”，T/Tm>0.4-0.5，则算是高温。

如化工设备中高温高压管道，虽然承受的应力小于该工作温度下材料的屈服强度，但在长期使用过程中会产生连续的塑性变形，使管径逐步增大，甚至会导致管道破裂。

温度对材料的力学性能影响很大，在高温下载荷持续的时间也对力学性能有较大影响。

▲温度的影响

一般随温度升高，金属材料的强度降低而塑性增加。

▲载荷持续时间的影响

· σ<os，长期使用过程中，会产生蠕变，可能最终导致断裂；

· 随载荷持续时间的延长，高温下钢的抗拉强度降低；

· 在高温短时拉伸时，材料的塑性增加；但在长时载荷作用下，金属材料的塑性却显著降低，缺口敏感性增加，往往呈现脆性断裂；

· 温度和时间的联合作用还影响材料的断裂路径。

▲等强温度

温度升高时，晶粒强度和晶界强度均会降低，但是由于晶界上原子排列不规则，扩散容易通过晶界进行，因此，晶界强度下降较快。

晶粒与晶界两者强度相等的温度称为“等强温度”Te。当材料在Te以上工作时，材料的断裂方式由常见的穿晶断裂过渡到晶间断裂。

材料的Te不是固定不变的，变形速率对它有较大影响。因晶界强度对形变速率敏感性比晶粒大得多，因此Te随变形速度增加而升高。综上所述，研究材料在高温下的力学性能，必须加入温度和时间两个因素。

▲影响高温力学性能的因素

① 合金化学成分的影响

耐热钢及合金的基体材料一般选用熔点高、自扩散激活能大或层错能低的金属及合金。

· 熔点越高的金属(Cr、W、Mo、Nb)，自扩散越慢；

· 层错能低，易形成扩展位错，位错难以交滑移、攀移；

· 弥散相能强烈阻碍位错的滑移、攀移；

· 能增加晶界扩散激活能的添加元素（如硼及稀土）既能阻碍晶界滑动，又增大晶界裂纹的表面能；

· 面心立方结构的材料比体心立方结构的高温强度大。

②冶炼工艺的影响

· 降低夹杂物和冶金缺陷的含量；

· 通过定向凝固工艺，减少横向晶界，提高持久强度，因为在横向晶界上容易产生裂纹。

③晶粒度的影响

· 晶粒大小：使用温度<等强温度时，细晶粒钢有较高的强度，反之使用温度>等强温度时，粗晶粒钢有较高的蠕变抗力与持久强度；

· 晶粒度不均匀：在大小晶粒交界处出现应力集中，裂纹就易于在此产生而引起过早的断裂。

④热处理工艺的影响

· 珠光体耐热钢一般采用正火＋高温回火工艺。回火温度应高于使用温度100~150°以上，以提高其在使用温度下的组织稳定性；

· 奥氏体耐热钢或合金一般进行固溶和时效处理，使之得到适当的晶粒度，并改善强化相的分布状态；

· 采用形变热处理改变晶界形状（形成锯齿状），并在晶内形成多边化的亚晶界，可使合金进一步强化。

在实际应用中，应根据金属材料的种类、用途和工作环境，选择合适的热处理和热处理设备。例如，对于需要在高温下长期服役的金属材料，应选择能够细化晶粒、提高抗蠕变性能的热处理工艺和设备；对于需要承受高温冲击的金属材料，则应选择能够提高韧性和抗热疲劳性能的热处理工艺和设备。

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