對於在室溫下不工作的材料,不能簡單地用應力-應變關係來評價力學效能,而是需要增加溫度和時間兩個因素,需要考慮材料的高低溫效能,耐久強度是代表金屬材料高溫效能的指標之一。
持久的強度
金屬材料的耐久強度是其在高溫和長期載荷作用下抵抗斷裂的能力,其耐久強度可以通過測試金屬材料的耐久強度極限來判斷,即金屬材料在恆溫恆定拉伸載荷下達到規定持續時間而不斷裂的最大應力。 特別是對於那些不考慮高溫執行時變形量,而只考慮其在給定應力下的使用壽命的零件,用科學的方法測試其持久強度非常重要。
對於高壓鍋爐、汽輪機、航空發動機、柴油機、高溫高壓管道等裝置,在工作時,金屬材料的某些部位長時間處於高溫保重狀態,不僅會導致材料發生塑性變形,如果持久強度達不到標準, 當未達到設計壽命時,金屬材料會破裂,從而影響產品或裝置正常工作的能力。想象一下,如果某種型別的飛機噴氣發動機的設計壽命是 1,500 小時,而它在執行 1,000 小時後突然壞掉,會發生什麼。
影響因素
多種因素都會對金屬材料的持久強度產生直接影響,如材料質量、設計方案、製造工藝、工作環境等,例如,環境介質對材料的腐蝕作用會隨著溫度的公升高而加劇,從而影響材料的力學效能;根據材料的特性選擇合適的製造工藝,可以保證金屬材料的質量和效能,從而提高金屬材料的持久強度。
在眾多影響因素中,溫度是關鍵因素之一,在高溫環境下,金屬和合金會發生擴散、恢復和再結晶等複雜變化,導致材料結構發生變化。 “高”或“低”溫度是相對於金屬的熔點而言的,因此各種金屬材料的高溫不能統一成一定的溫度值。 時間是金屬材料持久強度的另乙個關鍵因素,為了準確測量材料的持久強度,通常根據實際使用條件和設計壽命進行試驗,對於設計壽命較長的零件,由於長期試驗具有一定的難度和實際挑戰,所以一般使試驗資料應力較大,斷裂時間較短, 並採用外推法求材料的持久強度。
測試檢測
測試金屬材料耐久強度的主要步驟之一是試樣的製備。 在選擇試樣毛坯時,應選擇冶金組織和力學效能中的代表性部分,並應有足夠的加工餘量,在製樣過程中不應改變被測金屬的組織和效能,應在製樣完成後按要求進行檢驗。 為保證試驗的順利進行,試驗應在環境清潔、遠離震源、無腐蝕性氣體的實驗室內進行,當試樣破裂時,相鄰的試驗機或試樣不應受到衝擊力。 所使用的試驗機、夾具、加熱裝置、測溫裝置和計時裝置應符合相關要求,並根據需要進行驗證或校準。
拉伸前,應按規定測量試樣的截面積和原始長度,並布置熱電偶。 試樣加熱過程中的溫度超調不應超過相應的規定值,溫度穩定後應開始保溫,並按要求記錄加熱、保溫、裝卸的時間和溫度。 如果在測試過程中出現意外情況而停止測試,則應去除樣品上的負載,並在達到測試溫度後將原始負載保溫30至60min,然後再重新施加原始負載。 由於金屬材料的耐久強度試驗是要進行直至試樣斷裂,因此該試驗可以有效反映金屬材料在高溫下長時間使用直至斷裂時的強度和塑性,為材料研發和專案設計提供科學依據, 這在許多行業的發展中具有非常重要的現實意義。