金屬材料持久強(qiáng)度檢測的重要性及檢測要點(diǎn)

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(shí)間兩個(gè)因素，需要考慮材料的高低溫性能，而持久強(qiáng)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(qiáng)度

金屬材料的持久強(qiáng)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(qiáng)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(dá)到規(guī)定的持續(xù)時(shí)間而不斷裂的最大應(yīng)力，能夠?qū)ζ涑志脧?qiáng)度進(jìn)行判定。尤其是那些在高溫運(yùn)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(jī)件，采用科學(xué)的方法測試其持久強(qiáng)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(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、柴油機(jī)、高溫高壓管道等設(shè)備，當(dāng)其工作時(shí)，部分機(jī)件金屬材料長期處于高溫持荷狀態(tài)下，不僅會(huì)導(dǎo)致材料塑性變形的發(fā)生，如果持久強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)，在未達(dá)到設(shè)計(jì)年限時(shí)，金屬材料就會(huì)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(dòng)機(jī)用機(jī)件設(shè)計(jì)壽命為1500小時(shí)，而當(dāng)其工作1000小時(shí)后，忽然發(fā)生斷裂，將會(huì)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(huì)對金屬材料的持久強(qiáng)度產(chǎn)生直接的影響，如材料質(zhì)量、設(shè)計(jì)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(qiáng)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(huì)經(jīng)歷擴(kuò)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(diǎn)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(shí)間是金屬材料持久強(qiáng)度的另一關(guān)鍵因素，為準(zhǔn)確測量材料的持久強(qiáng)度，通常按實(shí)際使用條件和設(shè)計(jì)壽命進(jìn)行試驗(yàn)，對于設(shè)計(jì)壽命較長的機(jī)件，由于長時(shí)間試驗(yàn)具有一定的困難和現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)，所以一般做出應(yīng)力較大、斷裂時(shí)間較短的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用外推法求出材料的持久強(qiáng)度。

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試驗(yàn)檢測

在檢測金屬材料持久強(qiáng)度時(shí)，一個(gè)主要的環(huán)節(jié)就是試樣的制備。選取試樣毛坯時(shí)應(yīng)選取在冶金組織和機(jī)械性能等方面具有代表性部分，且應(yīng)留有足夠的機(jī)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(jìn)行檢驗(yàn)。

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為確保試驗(yàn)檢測的順利進(jìn)行，試驗(yàn)應(yīng)在環(huán)境清潔、遠(yuǎn)離震源、無腐蝕性氣體的試驗(yàn)室中進(jìn)行，且當(dāng)一個(gè)試樣斷裂時(shí)，鄰近試驗(yàn)機(jī)或試樣不應(yīng)受到?jīng)_擊力。所用試驗(yàn)機(jī)、夾具、加熱裝置、溫度測量裝置及計(jì)時(shí)裝置等設(shè)備均應(yīng)滿足相關(guān)要求，并根據(jù)需要進(jìn)行檢定或校準(zhǔn)。

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在進(jìn)行拉伸前，應(yīng)按規(guī)定對試樣橫截面積和原始長度進(jìn)行測量，并布置好熱電偶。對試樣加熱過程中升溫時(shí)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(shí)間和溫度。如果試驗(yàn)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(dá)到試驗(yàn)溫度后保溫30～60min。

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由于金屬材料的持久強(qiáng)度試驗(yàn)是要一直持續(xù)進(jìn)行至試樣發(fā)生斷裂，所以此試驗(yàn)可以有效反映出金屬材料在高溫下長期使用至斷裂時(shí)的強(qiáng)度和塑性，為材料研發(fā)和項(xiàng)設(shè)計(jì)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(shí)意義。