金属材料在高温环境下会发生多种物理、化学和微观结构的变化，这些变化可能显著影响其力学性能、耐久性和使用寿命。以下是主要的变化及其机理：

　　1. 氧化与腐蚀

　　表面氧化：高温下金属与氧气反应生成氧化物(如铁生成Fe₂O₃、Fe₃O₄)，导致表面剥落或形成保护层(如铝的致密Al₂O₃)。

　　高温腐蚀：在含硫、氯等环境中(如燃气轮机)，可能发生硫化、碳化或氯化腐蚀，加速材料失效。

　　2. 蠕变(Creep)

　　定义：在持续应力和高温(通常超过金属熔点的0.3~0.5倍)下，材料发生缓慢塑性变形。

　　阶段：

　　初始蠕变(变形速率递减)

　　稳态蠕变(速率恒定，主导寿命)

　　加速蠕变(最终断裂)。

　　机理：位错滑移、晶界滑动、扩散控制的空位迁移。

　　3. 微观结构演变

　　晶粒长大：高温下晶界迁移导致晶粒粗化，降低强度和韧性。

　　相变：

　　第二相溶解(如沉淀强化相在高温下溶解)。

　　新相生成(如不锈钢中σ相析出引发脆性)。

　　再结晶：冷加工后的金属发生再结晶，软化材料。

　　4. 力学性能退化

　　强度降低：高温削弱原子键合力，位错运动更易发生。

　　塑性变化：延展性可能增加(如热加工)，但长期高温可能导致脆化(如石墨化)。

　　疲劳性能下降：高温加速疲劳裂纹扩展。

　　5. 其他现象

　　热疲劳：反复热循环导致应力开裂(如发动机部件)。

　　氢脆：高温高压环境中氢原子渗入金属，引发脆性断裂。

　　典型材料案例

　　镍基超合金：通过固溶强化和γ'相(Ni₃Al)抵抗高温蠕变，用于航空发动机。

　　不锈钢：依赖Cr₂O₃氧化膜抗腐蚀，但长期高温可能析出碳化物。

　　钛合金：高温下易吸氧形成脆性层。

　　防护与改进措施

　　1. 合金化：添加Cr、Al、Si等提高抗氧化性;加入W、Mo、Nb等强化晶界。

　　2. 涂层技术：热障涂层(如ZrO₂)、抗氧化涂层(如铝化物)。

　　3. 冷却设计：如涡轮叶片内部冷却通道。

　　4. 微观结构控制：定向凝固或单晶制备减少晶界。

　　高温环境下金属的失效往往是多机制耦合的结果，需结合具体温度、应力、环境及时间综合分析。