对于在室温下不工作的材料,不能简单地用应力-应变关系来评价力学性能,而是需要增加温度和时间两个因素,需要考虑材料的高低温性能,耐久强度是代表金属材料高温性能的指标之一。
持久的强度
金属材料的耐久强度是其在高温和长期载荷作用下抵抗断裂的能力,其耐久强度可以通过测试金属材料的耐久强度极限来判断,即金属材料在恒温恒定拉伸载荷下达到规定持续时间而不断裂的最大应力。 特别是对于那些不考虑高温运行时变形量,而只考虑其在给定应力下的使用寿命的零件,用科学的方法测试其持久强度非常重要。
对于高压锅炉、汽轮机、航空发动机、柴油机、高温高压管道等设备,在工作时,金属材料的某些部位长时间处于高温保重状态,不仅会导致材料发生塑性变形,如果持久强度达不到标准, 当未达到设计寿命时,金属材料会破裂,从而影响产品或设备正常工作的能力。想象一下,如果某种类型的飞机喷气发动机的设计寿命是 1,500 小时,而它在运行 1,000 小时后突然坏掉,会发生什么。
影响因素
多种因素都会对金属材料的持久强度产生直接影响,如材料质量、设计方案、制造工艺、工作环境等,例如,环境介质对材料的腐蚀作用会随着温度的升高而加剧,从而影响材料的力学性能;根据材料的特性选择合适的制造工艺,可以保证金属材料的质量和性能,从而提高金属材料的持久强度。
在众多影响因素中,温度是关键因素之一,在高温环境下,金属和合金会发生扩散、恢复和再结晶等复杂变化,导致材料结构发生变化。 “高”或“低”温度是相对于金属的熔点而言的,因此各种金属材料的高温不能统一成一定的温度值。 时间是金属材料持久强度的另一个关键因素,为了准确测量材料的持久强度,通常根据实际使用条件和设计寿命进行试验,对于设计寿命较长的零件,由于长期试验具有一定的难度和实际挑战,所以一般使试验数据应力较大,断裂时间较短, 并采用外推法求材料的持久强度。
测试检测
测试金属材料耐久强度的主要步骤之一是试样的制备。 在选择试样毛坯时,应选择冶金组织和力学性能中的代表性部分,并应有足够的加工余量,在制样过程中不应改变被测金属的组织和性能,应在制样完成后按要求进行检验。 为保证试验的顺利进行,试验应在环境清洁、远离震源、无腐蚀性气体的实验室内进行,当试样破裂时,相邻的试验机或试样不应受到冲击力。 所使用的试验机、夹具、加热装置、测温装置和计时装置应符合相关要求,并根据需要进行验证或校准。
拉伸前,应按规定测量试样的截面积和原始长度,并布置热电偶。 试样加热过程中的温度超调不应超过相应的规定值,温度稳定后应开始保温,并按要求记录加热、保温、装卸的时间和温度。 如果在测试过程中出现意外情况而停止测试,则应去除样品上的负载,并在达到测试温度后将原始负载保温30至60min,然后再重新施加原始负载。 由于金属材料的耐久强度试验是要进行直至试样断裂,因此该试验可以有效反映金属材料在高温下长时间使用直至断裂时的强度和塑性,为材料研发和项目设计提供科学依据, 这在许多行业的发展中具有非常重要的现实意义。