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    金屬在高溫環境的試驗



    大多數在室溫或更低溫度使用的金屬材料,在工作載荷下產生的蠕變是很有限的,從安全的角度考慮完全可以忽略。只有象鉛那樣的低熔點金屬在某些場合下才需予以注意。但是當工作溫度較高時,金屬構件會出現新的失效形式,例如它可能因蠕變伸長邊成過度變形,或者由于蠕變引起緊固應力的松弛,還會在長時間的變形中逐漸發生裂紋以致斷裂。這類失效都是在應力的作用下發生的依賴于時間的行為,是一種在材料內部組織的晶界上或晶粒內部報傷的果積過程。損傷的速度與溫度、應力等外在條件的關系常密切,也因材料性質不同而變化。很多高溫金屬構件的破壞都是由此引起的,諸如熱電設備、內毖機、火筋發動機以及石油化工機械上的零件都有這類情況。由于蠕變失效常常要付出高昂的修理費用,所以必須進行嚴格的變工程設計。而掌握材料全面的高溫性質變化規律則是良好設計的基礎。這是金屬進行高溫性能試K的主要目的。同時,金屬工作者也需要在高溫材料的試驗中了解金屬變形與斷裂的本質及組織狀態的變化,以期進一步發展金屬的高溫強度理論,指導實踐,研制新的材料。

    廣義說來,高溫是指室溫以上的任何溫度,對低碳和低合金鋼來說,工程上考慮的是350-6500C的使用溫度范圍內的性能。但鋁及其合金在1000C以上就要引起注意,因為這時候它的性質已經與室溫時迥然不同。有時候也研究在更高溫度時(如鋼在800-13000C)的力學行為,不過這種研究是著重在探討材料接受軋制、鍛造等熱加工的能力的。

    高溫力學性質的側試有以下幾類:

    1.短時高沮試驗例如高溫下的拉仲試驗、壓縮試驗、彈性模量的測定、銷型承載試驗、熱硬度試驗等。

    2.長時高溫試驗目的是研究在溫度和應力聯合持續作用下材料性質變化的規律,包括蠕變試K.、持久壽命試驗、應力松弛試驗等。這些試驗也可以玲露在某種介質中進行,以便同時評價溫度和介質的共同影響。

    3.在高溫下長久暴露之后再進行長時或短時間的力學試驗因為長時間的高溫作用會使材料組織發生變化(過時效、組織球化、鋼的石墨化轉變等),而且象碳、硫之類元素從環境中滲入金屬內部也將大大改變材料的性質。

    4.熱沖擊試驗可以測定溫度急劇的變化對材料的影響,這里包括溫度單調的變化(如淬火)和溫度往復的變化(熱循環)。試驗的主要目的是探討在大的溫度梯度下材料發生裂紋的敏感性。

    5.模擬試驗是用來評定一個系統或組合件的使用性能的。

    與室溫過侄相比,金屬高溫性質試p有它特殊的地方。首先,大多數高溫性質對應變速度是敏感的,應變速度成了需要嚴格控制的一項參數。說明鋼在不同溫度的抗拉強度是因應變速度而異的。第二,環境的作用變得突出了,試驗中試樣的表面氧化,與周圍介質的反應等都成了影響金屬性質的因素,因而試樣表面的清理和保護在高溫試驗中就比較重要了。第三是組織的穩定性向題,一些具有不穩定組織的材料(冷變形金屬、沉淀硬化合金、有序合金等)在溫度和應力的共同作用下發生的組織轉變能大大干擾試驗的結果。所有這一切在高溫試驗的設計、操作、數據分析中都是應當認真留意的。

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