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耐热金属材料机械性能影响因素

时间:2017-08-01 职称论文 我要投稿

  1、耐热金属材料的机械性能

  金属在常温下,塑性发生变化是经过位错来实现的,因为晶界强度较高,使位错运动面临比较大的阻碍,因此常温下,晶粒越细小,强度越高。在高温下,温度越来越高,晶界的强度越来越低,因此材料的强度也跟着降低。在晶界强度和晶内的强度一样时,晶界强度决定着材料的强度,这时的温度就命名为等强温度。由此看出,温度越来越高,金属会从穿晶断裂转化为晶间断裂的方式,当晶界越来越多,断裂发生的可能性就会变大,金属的强度变低。跟着温度的提升,金属的变化状态和失效状态和在常温下相对比就有了很大的不同,主要体现在金属的变形行为、金属的耐久强度、金属的受力松垮行为等,这些都是对耐高温金属原料的机械能力发生影响的几个范围。

  2、蠕变极限的影响原因

  2.1蠕变极限影响原理就耐高温金属原料来讲,它的机械配件需要在高温度条件下工作,所以必须对这些耐高温的金属原料要求很高的机械能力,譬如规定它具备充足的冲锋强度、坚韧或者很好的连接性和生产性。金属原料的强热性对于耐高温的金属原料来讲有着重要的作用。耐高温金属原料在高温度下它的每个配件机械能力,例如金属原料的顺从强度、疲劳强度、硬度等都要比在室温下有明显的下降。对于耐高温金属原料的强热性最重要起关键作用的就是它的蠕变能力。蠕变极限就是耐热金属材料在高温极限下,引起金属材料出现一定变形速度的应力。把试样加热到一定温度,同时加载一定荷载,长时间后就可以得到蠕变伸长率一时间曲线,通过对不同温度以及不同应力试样,从而得到多条蠕变曲线。

  对耐高温金属原料来讲,它发生蠕变也是必须的,譬如那碳钢举例,碳钢在温度到400度之上就会有明显的蠕变行为。就一些长时间在高温下工作的金属配件,譬如说锅炉的炉管,因为蠕变就会是炉管的直径变大,同时管壁会变薄,最后导致炉管的爆炸;还有蠕变会导致汽轮机叶片和气缸之间空隙越来越小而造成损坏。所以,就耐高温金属原料,高强度和蠕变特点是确定耐高温金属原料机械能力作用的元素,就耐高温金属原料,必须要求材料具备高热强性和强大的抗蠕变能力。

  2. 2提高蠕变强度方式耐高温金属中可以再高温下长久工作,具备很强的蠕变能力和很高的强度,说明此材料具备很好的耐热性,根据研究,这些金属中都含有较高的铬和镍。金属材料中含有高量的镍(Ni)、铬(Cr),会具备很好的耐侵蚀性、耐高温度性和耐氧化陛。通过增加碳含量后,鉴于其固溶强化作用使耐热金属材料强度得到有效提高,通过在耐热金属材料以铬、镍为基础的化学成分中掺入适量的钨、铌、钼以及钛等元素,因为金属材料的组织为面心立方结构,因此在高温下金属材料仍有具有较高的强度和蠕变强度。

  3、化学元素的影响原因

  就耐高温金属原料来讲,原料含有的金属成分对他的机械能力有着重要的决策作用,因为耐高温金属原料要在高温度下长久的作业,所以为了保证耐高温金属原料的有效陛能,需要往金属原料中加入一些成分。例如,在耐热金属材料中加入钼,可以有效地使金属中的晶粒得到细化,从而提高金属材料的淬透陛和热强性能,使耐热金属材料在高温下仍能保持足够的强度以及抗蠕变能力。另外,在耐热金属材料中加入钼,不仅能提高材料的机械l生能,还可以抑制金属材料由高温引起的胞胜。另外,在金属材料中常加入铝元素,通过加入少量的铝,同样可有效地使金属中的晶粒得到细化,提高耐热金属材料的冲击韧性。同时因为铝具有抗腐蚀性以及抗氧化性,铝在耐热金属材料中的掺人,可有效地提高耐热金属材料在高温下不起皮的性能以及耐高温腐蚀的能力,但是铝的过量加入又会对耐热金属材料的焊接性能、热加工性能以及切削加工性能构成影响。

  化学成分可以提升耐高温金属原料的机械能力,但是也有一部分化学成分如果加入到原料中,会对耐高温金属原料的产生负面作用。这里有几样化学成分对耐高温金属原料的机械能力作用尤其显着。

  (1)锰元素(Mn)。锰在金属材料中大多数起到脱氧剂的作用,其可提高金属材料的强度或者硬度,同时由于提高了金属材料的淬性,从而改善了耐热金属材料的热加工性能。但是随着锰含量的不断增多,将会减弱耐热金属材料的抗腐蚀能力,降低了材料的焊接性能。

  (2)硫和磷元素。在耐高温金属原料中硫和磷这两种元素属于有害成分,这两种成分的增多会导致耐热金属原料的胞性增加,使金属原料的塑性能力下降,就耐高温金属原料的链接能力也会造成不良影响。

  4、焊条对金属机械性能的影响原因

  因为耐高温金属原料要长久的在高温度下作业,要保证金属原料有效的抗高温能力,就需要往金属原料中加入一些成分。如焊接材料与原材料的化学元素有较大差别,若金属工具在高温度下作业,就会造成金属连接地方因为一些成分的蔓延情况致使金属连接的机械功能降低,譬如说碳成分在连接线周围的蔓延。所以,在因金属丁具的连接才选用链接原料时,需要保证材料的焊接功能和其母材料是一样的。所以为了确保耐高温金属原料的机械能力,焊接金属的化学元素必须要与母材料一样。

  5、提高耐热金属机械性能

  从以上的耐热金属材料影响本质来看,细化晶粒在常温下是提高金属材料性能的好方法,但是对于高温金属材料则是不适合的。所以,在高温下工作的耐热金属材料常采用下列方法来提高金属材料的机械性能。

  (1)耐热金属材料的机械性能最基本是取决于原子问的结合力,原子排列越紧密,基体的机械陛能也就高。

  (2)耐热金属材料晶粒越细,蠕变发展的越明显,粗晶粒钢的蠕变速度较低。因此如在金属材料中加入B、Re和碱土金属,可以与S,P等杂质生成稳定难熔的化合物,减小了S,P杂质对热j蛩l生的影响,以达到纯化(净化)晶界目的。

  6、结语

  本文综合了笔者的实际丁作经验,进一步解析了对金属原料机械能力有改变的几种重要原由,像蠕变能力、金属原料中化学元素和焊条的链接作业等,关于这些干扰因素,提出了保证耐高温金属原料机械能力的一些办法,希望能给同行一些参考。

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