1 高温下工作的金属材料
在高压蒸汽锅炉、汽轮机、柴油机、航空发动机、化工设备中高温高压管道等设备中, 很多机件长期在高温下服役。对于这类机件的材料,只考虑常温短时静载时的力学性能是不够的。
何谓高温?
温度的“高”或“低”是相对该金属的熔点来讲，一般采用”约比温度 T/T_m ( T_m 表示材料熔点)”, T/T_m> 0.4-0.5 ，则算是高温。
2 温度、时间对材料性能的影响
温度对材料的力学性能影响很大; 在高温下载荷持续时间对力学性能也有很大影响。
材料的高温力学性能≠室温力学性能
2.1 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。
2.2载荷持续时间的影响
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\sigma < {\sigma s} ，长期使用过程中会产生蠕变，可能最终导致断裂；
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随载荷持续时间的延长，高温下钢的抗拉强度降低；
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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。
2.3 3 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” T_E 。
当材料在 T_E 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 T_E 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 T_E 随变形速度增加而升高。
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。
3 金属材料的蠕变现象
3.1 蠕变的定义
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金属在长时间恒温、恒载荷 (即使应力小于该温度下的屈服强度) 作用下缓慢地产生塑性变形的现象称为蠕变。
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由蠕变变形导致的材料的断裂, 称为蠕变断裂。
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蠕变在低温下也会产生，但只有当约比温度大于 0.3 时才比较显著。如碳钢超过 300°C、合金钢超过 400°C 时就必须考虑蠕变的影响。
3.2 金属的蠕变过程
第一阶段 ab 减速蠕变阶段
又称过渡蠕变阶段，这一阶段开始的蠕变速率很大， 随着时间延长蠕变速率逐渐减小，到 b 点蠕变速率达到最小值。
第二阶段 bc 恒速蠕变阶段
又称稳态蠕变阶段，这一阶段的特点是蠕变速率几乎保持不变。一般所指的金属蠕变速率，就是以这一阶段的蠕变速率 \varepsilon 表示的。
第三阶段 cd 加速蠕变阶段
随着时间的延长，蠕变速率逐渐增大，到d点时产生蠕变断裂。
同种材料的蠕变曲线随应力的大小和温度的高低而不同。
上图分别是应力、温度不同的蠕变曲线变化图。由图可见，当应力较小或温度较低时，蠕变第二阶段持续时间较长，甚至可能不产生第三阶段；相反应力较大或温度较高时，蠕变第二阶段很短，甚至完全消失，试样很短时间内断裂。
4 蠕变变形机理
金属的蠕变变形主要是通过位错滑移、原子扩散、晶界滑动等机理进行的。
各种机理对蠕变的作用随温度及应力的变化而有所不同。
4.1 位错滑移蠕变
在常温下, 若滑移面上的位错运动受阻产生塞积，滑移便不能继续进行，只有在更大的切应力作用下才能使位错重新运动和增殖；
但在高温下位错可借助于外界提供的热激活能和空位扩散来克服某些短程障碍，从而使形变不断产生。
4.2 扩散蠕变
这种晶体内空位从受拉晶界向受压晶界迁移，原子朝反方向运动，使得晶体伸长的蠕变，称为扩散蠕变。