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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 * ]- ]8 b5 P  w
, [4 W. e- U; g) b( W  C
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。

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1、弹性系数与温度的关系 8 V* W" k+ J  i2 Q# s# a. W. }
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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EGv1 x3 E- a+ H, `& N& L
9 H. q" k- d4 D3 |. h% H, Y
2、热系数与温度的关系 ) \2 H) L) G9 Q3 F7 J
. P4 S% P9 m# I! k9 P
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。. d5 t2 r" C" j8 p2 S  q

$ i; x( b- Y* M- N5 n& y
: w+ ~6 D* B, I9 h5 w
导热系数随温度变化曲线

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2 h' ]" o; Z& q: w# q7 r* ], D, S: A
$ K( j" y7 A! M" @. U' B, c
线胀系数随温度变化曲线

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. I# g& O6 X( \* s5 q) G& f
" T9 x$ m) J' F" J, t
比热容随温度变化曲

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3、材料的热疲劳$ v) \5 |7 j& p/ w% _
4 h  n- U8 ]$ E# w) F
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。3 A' K7 {' Y7 g/ R3 f, f5 J6 i  i& f- ^6 Y
: Z, N) x: x% }3 H1 Z& @8 s% ^; @
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。
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热循环与应力一应变图线

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' E0 l) ~% T" s, ]: D
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。/ [+ [3 B) N) Z0 E
8 T& g5 f5 U2 ^; h: `
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。
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+ R: d; e/ y7 l7 E
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:1 [' M- |, D: i! {  s2 @; r
: @0 l% C/ @! Q4 |; r0 e5 s

, w" b3 {& L" h* _& k# ]8 R" e. o) o  ~1 O! v6 k. i/ P$ V
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。
& Y6 @& H6 O8 Z5 w
8 \( c* [) P% s$ D
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。
6 a3 o. P( p4 w# x9 s
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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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