金属材料的高温强度 理论·设计PDF电子书下载

目录 1

第一章 蠕变强度和试验方法 1

§1.1蠕变 1

§1.2蠕变强度及其求法 4

§1.2.1蠕变极限 5

§1.2.2蠕变断裂强度 7

§1.3蠕变试验装置和试验方法 8

参考文献 14

§2.1.1应变及应变速度与时间的关系 16

§2.1蠕变曲线的表示 16

第二章 蠕变现象 16

§2.1.2应变及应变速度与温度的关系 17

§2.1.3应变及应变速度与应力的关系 17

§2.1.4简单通式 17

§2.2最小蠕变速度和断裂时间 20

§2.3应力、温度、断裂时间 21

§2.4固态方程及其它状态式 23

§2.4.1固态方程 24

§2.4.2辅助变量法 25

§2.4.4其它理论 26

§2.4.3延迟理论 26

参考文献 27

第三章 蠕变的金属物理 28

§3.1序言 28

§3.2纯金属的蠕变 30

§3.2.1蠕变的各种机理占有的比例 30

§3.2.2蠕变中的组织变化 31

（1）变形的不均匀性 32

（2）晶界的性质 33

（3）亚晶粒的形成 36

§3.3用位错理论解释蠕变现象 38

§3.3.1加工硬化 38

（1）位错交互作用的应力 38

（2）位错交截引起的硬化 39

（3）科特雷尔-洛默不动位错引起的硬化 39

§3.3.2应力下的回复现象 39

（1）上升运动 40

（2）交叉滑移 41

§3.3.3过渡蠕变理论 41

（1）消耗理论 42

（2）安德雷德蠕变 44

§3.3.4稳态蠕变理论 45

§3.4合金的蠕变 46

§3.4.1高温下固溶原子的影响 46

（1）科特雷尔效应 47

（2）堆垛层错 48

（3）莫特和纳巴罗理论 48

（4）有序点阵中的硬化 48

（1）莫特和纳巴罗的硬化理论 49

§3.4.2多相合金的蠕变 49

（2）奥罗万的硬化理论 51

（3）费希尔、哈特、普赖的理论 51

（4）其它分散析出物的影响 52

§3.5第三阶段蠕变 52

参考文献 54

第四章 蠕变强度和金属组织 56

§4.1影响蠕变强度的各种因素 56

§4.1.1晶体结构 56

§4.1.2晶粒大小 58

§4.1.3固溶元素 60

（1）对扩散常数的影响 61

（2）与位错弹性的相互作用 61

（3）科特雷尔效应 63

（4）关于堆垛层错能的影响 65

（5）化学相互作用（铃木效应） 66

（6）短程有序性 67

§4.1.4析出物 67

（1）析出硬化型合金和分散强化型合金 68

（2）析出合金的蠕变 71

（3）析出物的粗化 73

（4）晶界的析出物 74

§4.1.5热处理 75

§4.1.6冷加工 77

§4.2各种材料的蠕变强度 78

§4.2.1低合金钢 78

§4.2.2不锈钢和耐热合金 92

（1）12～27Cr钢 92

（2）奥氏体不锈钢 94

（3）耐热合金 97

§4.2.3碳钢 107

§4.2.4非铁金属 113

（1）铅和铅合金 114

（2）锌和锌合金 114

（3）锡和锡合金 114

（4）镁和镁合金 115

（5）铝和铝合金 117

（6）铜和铜合金 119

（7）钛、锆及其合金 123

参考文献 124

第五章 蠕变数据的整理和处理方法 133

§5.1蠕变数据的整理方法和经验公式 133

§5.1.1蠕变曲线 133

§5.1.2应变速度-时间曲线 134

§5.1.3应变-应变速度曲线 135

§5.1.4过渡蠕变速度-稳态蠕变速度曲线 136

§5.1.5稳态蠕变速度（最小蠕变速度）-断裂时间曲线 138

§5.1.6蠕变强度-温度曲线 138

§5.1.7设计数据图 139

§5.2.1设计数据图法 140

§5.2蠕变数据的外推 140

§5.2.2拉森-米勒法 141

§5.2.3曼森-哈弗尔特法 144

§5.2.4多恩法 146

§5.3蠕变资料 147

参考文献 148

第六章 松弛 150

§6.1概论 150

（1）纳戴伊和博伊德（Boyd）的试验机 153

§6.2.1松弛试验机 153

§6.2松弛的试验方法 153

（2）国外其他类型的试验机 154

（3）平，铃木等的试验机 154

（4）莫歇尔（Mochel）的松弛试验机 158

§6.2.2降压试验（stepdowntest） 158

§6.2.3松弛试验标准 160

§6.3松弛特性 162

§6.3.1松弛曲线 162

（1）初始加载速度的影响 164

（2）加热方法的影响 165

§6.3.2松弛的塑性应变速度 166

§6.3.3松弛和蠕变的相互关系 170

§6.4松弛的残余应力分析 173

§6.4.1基于蠕变资料的分析 173

（1）以稳态蠕变为对象的分析 173

（2）以过渡蠕变为对象的分析 175

§6.4.2基于松弛特性的分析 178

（1）忽略第一阶段松弛的情况 178

§6.5再紧固对松弛的影响 179

（2）包括第一阶段松弛在内的情况 179

§6.5.1多次再紧固后的松弛 180

§6.5.2简单拉伸松弛与再紧固后的松弛的相互关系 186

§6.6变截面棒的松弛 190

§6.6.1变截面棒的等效应力 190

（1）基于应变硬化理论的等效应力 190

（2）基于时间硬化理论的等效应力 194

§6.6.2阶梯形棒的松弛 196

（1）等效应力和平均应力 196

（2）不考虑阶梯形棒大直径部分蠕变的情况 198

§6.7.1依赖循环数的动态松弛 202

§6.7动态松弛 202

§6.7.2依赖时间的动态松弛 204

§6.8多维应力下的松弛 210

§6.8.1松弛条件 210

§6.8.2一维拉伸松弛和拉伸-扭转复合应力松弛的相互关系 212

（1）等效总应变恒定的情况 212

（2）轴向总应变保持恒定的情况 214

（3）总剪应变保持恒定的情况 215

§6.9松弛的实际问题 217

§6.9.1高温螺栓接合 217

（2）螺母、垫圈和法兰对松弛的影响 218

（1）初应力对松弛的影响 218

§6.9.2管道的伸缩环 221

§6.9.3热配压力的松弛 223

§6.9.4消除应力退火 226

§6.10各种材料的高温松弛性质 227

§6.11常温下预应力混凝土钢丝的松弛 235

§6.11.1预处理对松弛的影响 236

§6.11.2预应力混凝土钢丝的长时间松弛 237

§6.11.3预应力混凝土钢丝松弛和蠕变的关系 240

§6.11.4拉伸对松弛的影响 244

§6.11.5弯曲预应力混凝土钢丝的松弛 247

参考文献 249

第七章 一维和多维应力下的蠕变强度 251

§7.1一维应力下的蠕变强度 251

§7.1.1一维应力下蠕变中的应力-应变速度关系 251

（1）稳态蠕变速度 251

（2）时间硬化和应变硬化 252

§7.1.2弯曲蠕变 253

§7.1.3圆棒的扭转蠕变 257

§7.2多维应力下蠕变变形的基础理论 259

§7.2.1基本法则 260

（1）基本假定 260

（2）等效应力、等效蠕变应变速度、等效蠕变应变 261

（3）流动法则 262

（4）应力-蠕变应变速度关系 263

§7.2.2各种多维蠕变理论的特征 264

（2）马林、福贝尔（Faupel）、赫（Hu）的实验 269

（1）诺顿、索德贝尔格的实验 269

（3）约翰逊的实验 269

§7.3关于多维应力下的蠕变实验 269

§7.3.1与多维蠕变理论有关的基本实验 269

（4）肯尼迪、哈姆斯（Harms）、道格拉斯（Douglas）的实验 271

§7.3.2多维应力下的蠕变断裂 274

（1）西格弗里德（Siegfried）的研究 275

（2）约翰逊等的研究 275

（3）沃里斯（Voorhees）等的研究 276

（4）肯尼迪等的研究 277

（5）库伊斯特拉（Kooistra）等的研究 278

（6）罗氏等的研究 278

§7.3.3非稳态应力下的多维蠕变 280

（7）平氏等的研究 280

（1）约翰逊等的研究 281

（2）平氏等的研究 282

（3）大南等的研究 284

§7.4多维应力下蠕变的实例 284

§7.4.1内压圆筒 284

（1）内压圆筒的蠕变变形 285

（2）内压厚壁圆筒的应力分布 300

（3）内压圆筒的蠕变断裂及高温高压管的设计公式 304

（4）径向有温度梯度时内压圆筒的蠕变 309

（5）加轴向载荷时内压圆筒的蠕变 311

（6）断续施加循环变动内压时圆筒的蠕变 312

§7.4.2旋转圆板 314

§7.4.3其它 316

（1）圆板的蠕变弯曲 316

（2）法兰盘的蠕变 319

（3）铆接接头 320

参考文献 323

第八章 变动应力、变动温度下的蠕变 327

§8.1概述 327

§8.2蠕变中应力和温度变动时的瞬变现象 328

（1）固态力学方程理论 329

（2）拉伯特诺夫理论 330

（3）蠕变回复理论 332

（4）蠕变回复理论的推广 333

（5）肯尼迪理论 338

（6）多恩理论 339

（7）成核理论 340

（8）应变回复理论 341

（9）寿命消耗率理论 342

（10）其它 343

§8.3.1变动应力下的蠕变（温度恒定） 344

§8.3根据静态蠕变强度估算变动应力和变动温度下的蠕变强度 344

（1）间歇载荷（Intermittentstressing） 347

（2）阶式载荷（Step-stressing） 350

（3）周期性载荷（Cyc1icstressing） 351

§8.3.2变动温度下的蠕变（载荷应力恒定） 352

（1）固态力学方程法（等效恒定温度法） 353

（3）鲁宾逊法 358

（4）史密斯-豪斯顿法 358

（2）多恩法 358

（5）K因子法 359

§8.3.3应力和温度同时变动时的蠕变 360

§8.4根据静态蠕变断裂寿命估算变动应力、变动温度下的蠕变断裂寿命 362

§8.5变动温度下蠕变所引起的材质变化 369

§8.6结束语 371

参考文献 372

第九章 动态蠕变和高温疲劳 376

§9.1概述 376

§9.2试验装置 377

§9.3动态蠕变和高温疲劳试验结果的整理方法 380

§9.4.1动态蠕变曲线 382

§9.4典型数据和起影响的各种因素 382

§9.4.2时间强度线图中的典型倾向 384

§9.4.3应力循环速度的影响 386

§9.4.4断裂形式 393

§9.4.5缺口效应 394

§9.4.6组织回复的影响和其它 397

§9.5动态蠕变和高温疲劳强度的估算方法 397

（1）动态蠕变断裂 398

§9.5.1动态蠕变断裂和高温疲劳 398

（2）高温疲劳断裂 400

§9.5.2动态蠕变 404

§9.5.3拉伸反复弯曲动态蠕变和断裂 407

§9.5.4多维动态蠕变 410

参考文献 413

第十章 热疲劳 415

§10.1概述 415

§10.2.1交变热疲劳试验及其结果 416

§10.2热疲劳试验装置和热疲劳试验结果的整理方法 416

§10.2.2恒应变高温疲劳试验及其结果 426

§10.3影响热疲劳强度的各种因素 432

§10.3.1温度循环和材料的韧性 432

§10.3.2应变集中 436

§10.3.3循环速度 440

§10.3.4预加工 441

§10.3.5晶粒大小，非金属杂质，热处理及气氛 442

§10.3.6试样形状 443

§10.3.7试验机的刚度 444

§10.4根据其它高温强度性质来估算热疲劳强度 445

§10.4.1与恒应变高温疲劳强度的关系 445

§10.4.2与静态拉伸强度的关系 449

§10.4.3与热冲击强度的关系 450

§10.5实际工作条件下的热疲劳强度 452

§10.5.1与机械应力叠加时的热疲劳强度 452

（1）有静态平均应力时的热疲劳强度 460

（3）与局部拉伸机械应力叠加的热疲劳强度 464

§10.5.2多维热应力下的热疲劳强度 465

（1）温度分布 467

（2）热应变范围 468

（3）发生龟裂的循环次数 470

（4）热应变约束率 471

§10.6热疲劳断裂的防御措施 475

§10.7结束语 478

参考文献 479

第十一章 特殊条件下和特殊材料的蠕变 483

§11.1切口蠕变断裂和特殊蠕变 483

§11.1.1切口强化和切口弱化 483

§11.1.2切口形状和尺寸的影响 483

§11.1.3热处理、析出硬化对切口断裂强度的影响 486

§11.1.4涡轮叶片嵌入部的强度 488

§11.1.5压缩蠕变，支承蠕变，剪切蠕变 490

§11.2焊接区的蠕变断裂 490

§11.2.1熔焊区的冶金学问题 490

§11.2.2熔敷钢的蠕变断裂特性 491

§11.2.3焊接接头的蠕变断裂特性 494

§11.3特殊气氛中的蠕变 497

§11.3.1在CO、CO2、N2、H2、O2、Ar中的蠕变 499

§11.3.2真空中的蠕变特性 501

§11.3.3高温高压氢气中的蠕变 502

§11.3.4在Na中的蠕变 504

§11.4耐热合金和高熔点合金的蠕变强度 505

§11.4.1Ni基耐热合金 505

§11.4.2Co基耐热合金 506

§11.4.3高熔点金属及其合金的蠕变强度 508

参考文献 510

第十二章 钢的高温拉伸特性 512

§12.1设计应力的选定 512

§12.2关于钢铁材料高温拉伸试验方法的标准 515

§12.3关于高温拉伸通用试验的结果 518

§12.3.1试验机 518

§12.3.2试验材料和试验方法 521

（1）试验材料和试样 521

（2）试验方法 522

§12.3.3试验结果 523

（1）0.2％弹性极限应力 523

（2）抗拉强度 526

（3）伸长和颈缩 528

参考文献 528

中外名词对照 529

（2）与交变机械应力叠加时的热疲劳强度 563