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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 3 j. M1 e9 ~9 A! K2 I+ z2 [
! j! ^2 A' O! n( r
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。

+ W9 m5 \7 F# U2 j7 q4 @1 b
1、弹性系数与温度的关系 1 e7 ~: H" J5 j& V, [5 b
  \) j* n4 \* @1 u/ [
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EGv% A2 V( e, `& _6 m% I

" ^6 C$ c1 f1 t" e0 g2、热系数与温度的关系 : e$ Y1 e) A. e+ m, @* w
! ^7 Q: Z/ _" J+ G3 i
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。
" Y% g# ~7 E+ Z

* r) M) N' t3 j% G% @  s' A' `1 u

1 b9 J6 c2 l, Q- t0 B, E. n% n# }
导热系数随温度变化曲线
( x6 `% N! v+ D3 q

, y' _/ }) ?- N9 O
5 r, n! ~0 h% B$ E0 f( \  U
线胀系数随温度变化曲线
/ k7 c: k) r4 u: L/ h$ }3 S

4 j2 H+ _' m( U! X. t1 N; l! @
# f5 }  I& Z& g" V7 _2 o# n
比热容随温度变化曲

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' o9 p5 W9 h& s! G4 p( m6 g
3、材料的热疲劳7 U* [: _* r! o: I" q6 }
& [+ T- u" d' x) [" X+ U/ q
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。% H7 }/ o+ u! D  M
0 r7 v/ }% }# E- w+ J) H+ L  \5 i
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。: L1 [8 @1 R) x) r0 i

& h9 \/ C; t+ ~7 A

& k' l5 U( e. b; T
热循环与应力一应变图线

  `. Q0 s( r1 C

/ Z! |# x  ^* p5 e' z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。' l  c3 p  K3 w4 c; i8 y7 y

! u8 ~( R) B* E0 b+ P& p" `, Y( y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。  v! K4 ~# C! F9 D5 P
. {' n1 h" G6 l% C/ s9 R
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:5 z  J. [% S! k* |

% |3 l' o: O. ^( Y8 |2 F$ ]

: ^8 S' T/ \9 O  Q$ z$ O( n7 l0 P7 H# P7 z) c
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。
8 T; ?( _* N( S' B/ N% `) j2 B
& M- l( g+ \2 ^" 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。
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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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