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金属在高温环境的试验



大多数在室温或更低温度使用的金属材料,在工作载荷下产生的蠕变是很有限的,从安全的角度考虑完全可以忽略。只有象铅那样的低熔点金属在某些场合下才需予以注意。但是当工作温度较高时,金属构件会出现新的失效形式,例如它可能因蠕变伸长边成过度变形,或者由于蠕变引起紧固应力的松弛,还会在长时间的变形中逐渐发生裂纹以致断裂。这类失效都是在应力的作用下发生的依赖于时间的行为,是一种在材料内部组织的晶界上或晶粒内部报伤的果积过程。损伤的速度与温度、应力等外在条件的关系常密切,也因材料性质不同而变化。很多高温金属构件的破坏都是由此引起的,诸如热电设备、内毖机、火筋发动机以及石油化工机械上的零件都有这类情况。由于蠕变失效常常要付出高昂的修理费用,所以必须进行严格的变工程设计。而掌握材料全面的高温性质变化规律则是良好设计的基础。这是金属进行高温性能试K的主要目的。同时,金属工作者也需要在高温材料的试验中了解金属变形与断裂的本质及组织状态的变化,以期进一步发展金属的高温强度理论,指导实践,研制新的材料。

广义说来,高温是指室温以上的任何温度,对低碳和低合金钢来说,工程上考虑的是350-6500C的使用温度范围内的性能。但铝及其合金在1000C以上就要引起注意,因为这时候它的性质已经与室温时迥然不同。有时候也研究在更高温度时(如钢在800-13000C)的力学行为,不过这种研究是着重在探讨材料接受轧制、锻造等热加工的能力的。

高温力学性质的侧试有以下几类:

1.短时高沮试验例如高温下的拉仲试验、压缩试验、弹性模量的测定、销型承载试验、热硬度试验等。

2.长时高温试验目的是研究在温度和应力联合持续作用下材料性质变化的规律,包括蠕变试K.、持久寿命试验、应力松弛试验等。这些试验也可以玲露在某种介质中进行,以便同时评价温度和介质的共同影响。

3.在高温下长久暴露之后再进行长时或短时间的力学试验因为长时间的高温作用会使材料组织发生变化(过时效、组织球化、钢的石墨化转变等),而且象碳、硫之类元素从环境中渗入金属内部也将大大改变材料的性质。

4.热冲击试验可以测定温度急剧的变化对材料的影响,这里包括温度单调的变化(如淬火)和温度往复的变化(热循环)。试验的主要目的是探讨在大的温度梯度下材料发生裂纹的敏感性。

5.模拟试验是用来评定一个系统或组合件的使用性能的。

与室温过侄相比,金属高温性质试p有它特殊的地方。首先,大多数高温性质对应变速度是敏感的,应变速度成了需要严格控制的一项参数。说明钢在不同温度的抗拉强度是因应变速度而异的。第二,环境的作用变得突出了,试验中试样的表面氧化,与周围介质的反应等都成了影响金属性质的因素,因而试样表面的清理和保护在高温试验中就比较重要了。第三是组织的稳定性向题,一些具有不稳定组织的材料(冷变形金属、沉淀硬化合金、有序合金等)在温度和应力的共同作用下发生的组织转变能大大干扰试验的结果。所有这一切在高温试验的设计、操作、数据分析中都是应当认真留意的。

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