第16章  金属的持久和蠕变性能试验

金属材料在一定温度和应力作用下会产生蠕变现象。在汽轮机、锅炉、化工设备及航空发动机中，很多零部件在高温和高压条件下运行一段时间后，经常发生塑性变形和断裂失效问题。而且，随着金属材料服役温度和服役应力的逐步提高，蠕变现象愈加明显。例如，喷气发动机的主要高温部件——燃气涡轮，它一方面承受着燃烧室喷出的高温燃气冲刷所产生的振动；另一方面由于高速旋转产生巨大的离心力，使涡轮叶片和涡轮盘沿径向逐渐蠕变伸长，由于涡轮与涡轮外环之间的间隙很小，如果涡轮部分的蠕变伸长量超过此间隙，发动机就会出现停车而造成事故。又如高温、高压下长期工作的管道，由于蠕变变形，管径日益涨大，管壁越来越薄，最终可能破裂引起爆炸。美国空军实验室统计了20世纪某15年内的发动机648起故障，其中由于材料蠕变形断裂导致的故障达153起，占总数的23.6%。可见持久和蠕变性能的研究在工程中有很大的实用意义。

随着新型发动机对高温金属材料的工作温度要求越来越高，材料的蠕变现象也越来越不可忽视。如果在高温金属材料选材和载荷设计上稍有疏漏，造成零部件在实际工况下的蠕变变形量超过设计规定的允许值时，便会发生严重的破坏性事故。因此，蠕变现象对在高温下长期工作的锅炉、内燃机、燃气涡轮、核反应堆具有很大的实际意义。持久和蠕变性能已成为结构选材和高温机械设计的重要指标之一。