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材料性能与温度的关系

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发表于 2022-10-29 13:24:50 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 twq19810302 于 2022-10-29 13:26 编辑 1 k+ P8 g1 S; f: R

. L( H8 F% B4 X5 P/ K
与温度有关的材料系数有两种类型:一类是与材料的力学性能有关的材料系数;另一类是与热传导相关的材料系数。属于前者的有EGva;属于后者的有C(比热容),ρ (密度),k(热传导系数)等。这些系数实际上并非常数,而是随温度而变化的。但当温度不高时,通常取平均值当作常数处理,然而在温度高、变化大的情况下,则必须考虑其随温度的变化。

' a' k6 P! v/ @) k- A5 k
1、弹性系数与温度的关系
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+ T, R2 M6 X$ ~
金属的弹性系数E,剪切模量G随温度增高而减小,泊松比v随温度变化不大。EG与温度的测定有静态法和动态法,前者是在高温炉由加载进行测试,后者则采用振动法或超声波脉冲法进行测定。振动法是使试件在高温炉中做弹性振动,通过测定频率来测定弹性常数。超声波法则是给试件以超声波,通过测量波的传播速度来测定EGv2 T# J, V3 G9 S2 s% {

( m, L( V) _) M/ N- S" D2、热系数与温度的关系 , |5 `# p$ q5 k' t! d
* r/ I! b9 s1 G& B
金属材料的热系数与温度一般呈线性关系,线胀系数a大体上随温度升高而直线增加,导热系数k随温度增加而减小,比热容随温度增加而增高。通过试验测得的热系数与温度关系的直线斜率或曲线曲度,即可知具体材料的热系数随温度的变化。例如,从不同的资料来源,碳钢的热系数随温度变化如图1所示。
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3 p% n& P1 D$ w: f3 j
导热系数随温度变化曲线

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* X8 O) P1 W+ j' H$ ~9 o0 s
' U! N3 N+ j! W, A
线胀系数随温度变化曲线
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+ o( d* ~1 K0 X- E3 A! [$ R

: H* P* t/ D. o( Y
比热容随温度变化曲
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  e8 C7 i+ d4 ]  f6 I0 E5 U
3、材料的热疲劳2 Q  k( I+ q' [

: ?! i: Z! z, v4 X当延性材料随温度升高,即使所受应力超过屈服点也不会立即破坏,但即使应力水平较低,若有较大的温度变化反复进行时,最终会由于疲劳而产生龟裂而导致破坏。这种现象称为热疲劳。
0 t3 M; r$ E0 R' t4 S6 n2 Y

8 U, j& y) E# q& Z* K设有一试验棒两端固定,受最高和最低温度之间的反复热循环过程如图2所示。# ^- H1 j& z8 o2 U$ z8 L+ W

3 O6 O: y7 q* X
0 G7 G- L4 w8 [" j
热循环与应力一应变图线

/ O/ Z6 b6 W- ^! `2 K7 a
* _9 a& l' o. n' p8 p: V
假设试验开始时,棒在最高温度下固定,然后冷却产生拉应力,OAF为一应力变线。然后,若重新加热,则应力一应变线开始时平行于OA向下移动,在比冷却循环拉力低的应力下产生屈服,最后到达E点。若在最高温度下保持一段时间,则由于产生应力松弛使压应力减小到达E'点。如再开始冷却,则沿E'F'上升,在最低温度时达到F'点。由于在最低温度下不产生压力松弛。若再开始加热,则图线沿F'E"下降,在最高温度时到E"点。此处因应力松弛应力减小移至E"'点,若再开始冷却,则沿曲线E"'F"在最低温度达到F"点。( W0 @" B4 q( T+ Z( I5 I

0 Z7 G9 z! \/ e6 N- ^若重复这种冷却一加热循环,则应力一应变图线每次都描绘出一条滞后曲线,与其有关的返复塑性应变就是热疲劳的原因。热循环的最高和最低温度、平均温度、最高温度的保持时间、重复速度、材料的弹塑性质等都是影响热疲劳的因素。$ {  P! K7 s. \) B& H0 h

( ?% ]  i1 D! ]8 u# h/ {( c, W$ d6 l热疲劳的强度是指一个循环的塑性应变εP和到达破坏的重复次数N之间的关系。根据曼森一科芬的经验公式:
, A4 s8 I. w6 W. p$ W, X6 o: T
' X0 X) B5 Z. g3 U$ b8 Y

. u2 X3 Z/ K# t  I7 R; b2 Y# h% e5 _+ N1 j9 `
其中,εf表示一个热循环的平均温度下的静拉伸试验中材料破坏时的伸长。# I8 B' x- j7 s

8 \& x( y$ V- t5 w$ B以上所述的仅是材料的单向热应力疲劳,实际结构的热疲劳则是多方向的,是一个专门的研究领域。

; b7 N( J* g5 b7 Y& Z
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发表于 2022-10-29 13:32:47 | 显示全部楼层
大侠有CF8M即316不锈钢铸件的数据吗?
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发表于 2022-10-29 14:12:27 | 显示全部楼层
E的机械测量确实较麻烦,波动大,电子法测量简单快捷,精度高
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