金屬材料持久強度檢測的重要性及檢測要點

對于不是在常溫下工作的材料，不能的簡單地用應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系來評定力學(xué)性能，而需要加入溫度與時間兩個因素，需要考慮材料的高低溫性能，而持久強度就是表示金屬材料高溫性能的指標(biāo)之一。

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持久強度

金屬材料的持久強度是其在高溫長期載荷作用下抵抗斷裂的能力，通過測試金屬材料的持久強度極限，即金屬材料在恒定溫度和恒定拉伸負(fù)荷作用下，達到規(guī)定的持續(xù)時間而不斷裂的最大應(yīng)力，能夠?qū)ζ涑志脧姸冗M行判定。尤其是那些在高溫運轉(zhuǎn)過程中不考慮變形量的大小，而只考慮其在承受給定應(yīng)力下使用壽命的機件，采用科學(xué)的方法測試其持久強度是非常重要的質(zhì)量控制環(huán)節(jié)。

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對于高壓鍋爐、汽輪機、航空發(fā)動機、柴油機、高溫高壓管道等設(shè)備，當(dāng)其工作時，部分機件金屬材料長期處于高溫持荷狀態(tài)下，不僅會導(dǎo)致材料塑性變形的發(fā)生，如果持久強度不達標(biāo)，在未達到設(shè)計年限時，金屬材料就會發(fā)生斷裂，從而影響到產(chǎn)品或器件正常工作的能力。

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可以設(shè)想一下，假如某型號航空噴氣發(fā)動機用機件設(shè)計壽命為1500小時，而當(dāng)其工作1000小時后，忽然發(fā)生斷裂，將會發(fā)生多么嚴(yán)重的后果。

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影響因素

多種因素都會對金屬材料的持久強度產(chǎn)生直接的影響，如材料質(zhì)量、設(shè)計方案、制造工藝、工作環(huán)境等等，例如，環(huán)境介質(zhì)對材料的腐蝕作用隨著溫度的升高而加劇，從而影響材料的力學(xué)性能；結(jié)合材料特征選擇合適的制造工藝可以確保金屬材料的質(zhì)量和性能，從而提高金屬材料的持久強度。

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在諸多影響因素當(dāng)中，溫度是關(guān)鍵因素之一，在高溫環(huán)境下，金屬及合金材料會經(jīng)歷擴散、回復(fù)和再結(jié)晶等復(fù)雜變化，導(dǎo)致材料的組織發(fā)生改變。而溫度的“高”或“低”是相對該金屬的熔點來講的，因此并不能將各類金屬材料的高溫都統(tǒng)一為某一溫度值。

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時間是金屬材料持久強度的另一關(guān)鍵因素，為準(zhǔn)確測量材料的持久強度，通常按實際使用條件和設(shè)計壽命進行試驗，對于設(shè)計壽命較長的機件，由于長時間試驗具有一定的困難和現(xiàn)實挑戰(zhàn)，所以一般做出應(yīng)力較大、斷裂時間較短的試驗數(shù)據(jù)，采用外推法求出材料的持久強度。

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試驗檢測

在檢測金屬材料持久強度時，一個主要的環(huán)節(jié)就是試樣的制備。選取試樣毛坯時應(yīng)選取在冶金組織和機械性能等方面具有代表性部分，且應(yīng)留有足夠的機械加工余量，制樣過程中不應(yīng)引起被試金屬的組織及性能的變化，完成制樣后應(yīng)根據(jù)要求對其進行檢驗。

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為確保試驗檢測的順利進行，試驗應(yīng)在環(huán)境清潔、遠離震源、無腐蝕性氣體的試驗室中進行，且當(dāng)一個試樣斷裂時，鄰近試驗機或試樣不應(yīng)受到?jīng)_擊力。所用試驗機、夾具、加熱裝置、溫度測量裝置及計時裝置等設(shè)備均應(yīng)滿足相關(guān)要求，并根據(jù)需要進行檢定或校準(zhǔn)。

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在進行拉伸前，應(yīng)按規(guī)定對試樣橫截面積和原始長度進行測量，并布置好熱電偶。對試樣加熱過程中升溫時的溫度過沖不應(yīng)超過對應(yīng)的規(guī)定值，待溫度穩(wěn)定后開始保溫，按要求記錄升溫、保溫、加卸荷的時間和溫度。如果試驗過程中發(fā)生意外情況導(dǎo)致停試，應(yīng)將試樣上的負(fù)荷卸除，再次重新施加原負(fù)荷前，應(yīng)在達到試驗溫度后保溫30～60min。

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由于金屬材料的持久強度試驗是要一直持續(xù)進行至試樣發(fā)生斷裂，所以此試驗可以有效反映出金屬材料在高溫下長期使用至斷裂時的強度和塑性，為材料研發(fā)和項設(shè)計提供科學(xué)依據(jù)，在諸多行業(yè)發(fā)展中具有非常重要的現(xiàn)實意義。