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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
$ U, p" ^1 V3 b1 B2 _
0 b1 a0 o" d& I4 `9 |+ G
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。
( W/ o& s" y  S6 x* [1 e& j2 c
1、弹性系数与温度的关系
, O+ S7 n  V8 S

  g: t& ^( Y' y' H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EGv6 J7 M/ j8 R- u

/ T! }8 z: L, ~! f+ s. j/ d2、热系数与温度的关系
4 \6 N0 ^6 F9 ^/ g, s6 O) N
! J3 Z: c4 K$ z' J) x- Z
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。
+ I9 N- Q% A6 J1 s' k) e
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# _; K7 w4 o8 ~9 n5 N
导热系数随温度变化曲线

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线胀系数随温度变化曲线
2 C" U& X8 O* }; w% Q4 W

; R$ c" K  A* C

4 _0 j  \- \! m
比热容随温度变化曲

; I( H! W9 l* x6 B  L
( `& ?& y- c- W8 j
3、材料的热疲劳
5 f1 k% Q# ?6 d0 u) x9 a
* ~+ u; x8 L2 t
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。
# F9 P8 ?8 ?, J( T' [! a1 H: g
0 H  g& K% v3 I( @* H2 E
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。
2 V8 ?. o/ q  g7 p* q: c

6 U3 P% ^9 o; J: a& \# l/ `; u& C. N
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热循环与应力一应变图线

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. K0 R4 G6 z) \2 k4 f1 H, k/ Z& A! G
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。
- d( Z0 ]( n. w9 k

% Z) `& G; G. A% d( a& [* Q" t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。; F- F* \. Q) M- y; V- M2 [# G

7 c! v. X( v* `1 [, D; H( x& H( ?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:
, I) _2 c, ~7 Y9 ^$ t0 |

5 i3 x" N/ u& _* p+ T

) q5 d, N. `7 |! R: X# ]# B) h. |, n; O6 U" l
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。
3 m+ m* R, j4 q$ r& n: x" @

: x! j: z- w7 K( j) s0 N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。

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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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