保温时间对材料性能的影响.docx

为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划保温时间对材料性能的影响　　题目：不锈钢金属粉末零部件烧结过程的热力藕合有限元分析　　西南交通大学　　研究生学位论文　　XX级：钟叙指导教师：柳葆生发表时间：XX年6月　　1.保温时间对烧结应力的影响　　保温时间分别为60min,90min,12Omin,烧结温度同为1360e,升温速率同为10e/min的烧结应力云图"三个保温时间下对应的最终烧结应力分别,,MPa,变化不明显,这是因为烧结应力主要取决于相对密度、材料的表面自由能、晶粒的形状及尺寸、孔隙的形状与尺寸等因素,保温时间的变化对其影响很小"本文中三个保温时间下的模拟,使用相同的17一4PH不锈钢粉末,初始相对密度都为60%,晶粒的初始　　形状及尺寸等都一样,因此即使保温时间略有不同,烧结应力的大小也不会有太大变化"　　2.保温时间对相对密度的影响　　图4一6中(a)(b)(c)列出了保温时间分别为60min,90min,120min,烧结温度同为　　1360OC,升温速率同为10e/min的相对密度云图"保温时间也是影响烧结件性能的重要外因之一"三个情况下的最大相对密度分别为%,%.75%,%.66%,保温90min时所对应的烧结件致密化程度比保温60min和保温12Omin的更高,这是因为随着保温时间的适当延长,物料的扩散系数增大,液相粘度降低,从而促进了离子和空位的扩散,颗粒重排和粘、塑性流动等物质传递过程,故密度一直增加,因此合理延长烧结时间可促进烧结的完成"然而在烧结后期,不合理地延长烧结时间,有时会加剧二次再结晶作用,反而得不到充分致密的制品,甚至造成试件变形"。

　　3.保温时间对伸长率的影响　　图4一7中(a)(b)(c)列出了保温时间分别为60min,gomin,120min,烧结温度同为1360e,升温速率同为10-C/min的伸长率云图"保温时间对伸长率的影响由图4一7可知,在下烧结,随着保温时间的适当延长,烧结件粉末间孔隙减小,伸长率增大,致密化程度增高"而保温时间延长至120min时,伸长率反而降低,这一方面是由于时间过长,炉内气氛变差;另一方面是随时间延长,晶粒反而长大　　弹性形变:是指固体受外力作用而使各点间相对位置的改变，当外力撤消后，固体又恢复　　原状谓之“弹性形变”　　应力定义为“单位面积上所承受的附加内力”公式记为σ=ΔFj/ΔAi　　其中，σ表示应力；ΔFj表示在j方向的施力；ΔAi表示在i方向的受力面　　积　　弹性模量的影响因素　　1．晶体结构的影响各向异性弹性模量因为材料的方向不同而差别很大　　2．温度的影响弹性常数随温度升高而降低　　滞弹性：弹性模量依赖时间的现象　　应变松弛：是固体材料在恒定荷载下，变形随时间延续而缓慢增加的不平衡过程，或材料受　　力后内部原子由不平衡到平衡的过程，也叫蠕变或徐变当外力除去后，徐变变形不能立即　　消失。

　　应力松弛：是在持续外力作用下，发生变形着的物体，在总的变形值保持不变的情况下，由　　于徐变变形渐增，弹性变形相应减小，由此是物体的内部应力随时间延续而逐渐减小的过程　　塑性形变：是在超过材料的屈服应力作用下，产生形变，外力移去后不能恢复的形变材料　　经受此种形变而不破坏的能力叫延展性　　晶格滑移的条件　　1.面间距面间距越大，原子间的作用力越小，易产生相对滑动　　2.每个面上是同一种电荷的原子，相对滑动面上的电荷相反　　3.滑动矢量小　　高温蠕变：材料在高温下长时间受到小应力作用，出现蠕变现象，即应变—时间关系　　第一阶段蠕变;此阶段也叫做减速阶段或过度阶段特点是应变速率随时间递减，持续时间　　较短U=de/dt=At^-n　　第二阶段蠕变：此阶段形变速率最小，且恒定，也为稳定态蠕变形变与时间关系e=Kt　　第三阶段蠕变：此阶段也叫加速蠕变，特点是曲线较陡，说明蠕变速率随时间的增加而　　快速增加　　位错攀移：是发生在第二阶段蠕变的机理是晶体内部的自扩散导致的　　影响蠕变的因素　　1.温度温度升高，蠕变增大　　2.应力应力增大蠕变增大　　3.晶体的组成结合力越大，越不易发生蠕变　　4.显微结构　　第三章　　?弹性形变：剪应力下弹性畸变―――可以恢复的形变　　?塑性形变：晶粒内部的位错滑移―――不可恢复的永久形变　　?粘性形变：―――不可恢复永久形变　　?蠕变：―――随时间而发生变形　　理论断裂强度概念：当单位面积的原子平面分开所做的功等于产生两个单位面积的新表面所　　需要的表面能时，材料才能断裂。

理论断裂强度只与弹性模量，表面能，晶格间距等材料　　应力集中：是指受力构件由于外界因素或自身因素几何形状、外形尺寸发生突变而引　　起局部范围内应力显著增大的现象　　断裂：断裂是裂纹扩展的结果　　裂纹的三种扩展方式或类型　　Ⅰ型张开或拉伸型，裂纹表面直接分开　　Ⅱ型滑开或面内剪切型，两个裂纹表面在垂直于裂纹前缘的方向上相对滑动　　Ⅲ型外剪切型，两个裂纹表面在平行于裂纹前缘的方向上相对滑动　　裂纹的形成原因：　　⑴由于晶体微观结构中存在缺陷，当受到外力作用时，在这些缺陷处就会引起应力集中，　　导致裂纹成核如：位错运动中的塞积，位错组合，交截等　　⑵材料表面的机械损伤与化学腐蚀形成表(转载于:写论文网:保温时间对材料性能的影响)面裂纹这种表面裂纹最危险，裂纹的扩展常常　　由表面裂纹开始　　⑶由于热应力形成裂纹　　①晶粒在材料内部取向不同，热膨胀系数不同，在晶界或相界出现应力集中　　②高温迅速冷却，内外温度差引起热应力　　③温度变化发生晶型转变，体积发生变化　　防止裂纹扩展的措施　　1．使作用应力不超过临界应力，裂纹就不会失稳扩展　　2．在材料中设置吸收能量的机构阻止裂纹扩展　　⑴陶瓷材料中加入塑性粒子或纤维。

　　⑵人为地造成大量极微细的裂纹能吸收能量，阻止裂纹扩展　　如韧性陶瓷，在氧化铝中加入氧化锆利用氧化锆的相变产生体积变,形成大量微裂纹或挤压内应力，提高材料的韧性　　裂纹的快速扩展　　按照Griffith微裂纹理论，材料的断裂强度不是取决于裂纹的数量，而是决定于裂纹的　　大小　　1．由临界裂纹尺寸决定材料的断裂强度裂纹扩展力：　　若c增加，则G变大　　当C＝C临界，裂纹扩展，材料断裂　　2．G的增大，释放出多余的能量，一方面使裂纹扩展加速，另一方面能使裂纹增殖，产生　　分支，形成更多的新表面或者使断裂面形成复杂的形状，如条纹、波纹等　　静态疲劳：裂纹除快速失稳扩展外，还会在使用应力下，随时间的推移而缓慢扩展这种缓　　慢扩展也叫亚临界生长，或称静态疲劳　　同样材料负荷时间t1＞t2＞t3，则断裂强度　　显微结构对材料脆性断裂的影响　　1.晶粒尺寸尺寸越小材料越难断裂　　2.气孔影响气孔率越多越容易断裂　　影响材料强度的因素　　内在因素：材料的物性如：弹性模量、热膨胀系数、导热性、断裂能；G??c?/E2?3??2??1　　显微结构：相组成、气孔、晶界、微裂纹；　　外界因素：使用温度、应力、气氛环境、试样的形状大小、表面；　　工艺因素：原料的纯度粒度形状、成型方法、升温制度、降温速率、保温时间，气氛及压力　　等；　　提高材料强度及改善脆性的途径　　1、微晶、高密度与高纯度　　2、提高抗裂能力与预加应力脆性断裂通常是在拉应力作用下，自表面开始断裂。

如果在表面造成一层残余压应力层，则在材料使用过程中，表面受到拉伸破坏之前首先要克服表面　　上残余压应力　　3、化学强化　　4、相变增韧5、弥散增韧在基体中渗入具有一定颗粒尺寸的微细粉料达到增韧的效果，成为弥散增韧　　6、纤维增强　　陶瓷材料的硬度　　陶瓷及矿物材料常用刻划硬度表示，也叫划痕硬度、莫氏硬度，它只表示硬度由小到大的顺　　序或反映材料抵抗破坏的能力不表示软硬的程度，后面的矿物可划破前面的矿物表面　　目前莫氏硬度可分为15级　　静载压入的硬度试验法种类很多，常用布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度及努普硬度法　　这些方法的原理都是在静压下将一硬的物体压入被测物体表面，使材料产生局部的塑性变形　　并产生压痕，根据压痕的大小或深度来确定硬度值；压痕大则材料较软，压痕小则材料较硬　　布氏硬度法主要用来测定金属材料中较软及中等硬度的材料，很少用于陶瓷；　　第四章　　抗热震性：无机材料承受温度骤变而不至于破坏的能力即抗热震性它的高低是关系到无机　　材料优异的高温性能能否得到充分发挥的关键　　物体的热容：物体在温度升高1K时所吸收的热量比热容：一克的物质的热容摩尔热容：　　一摩尔物质的热容　　热膨胀：物体的体积或长度随温度升高而增大的现象。

　　热传导：当固体材料一端的温度比另一端高时，热量就会从热端自动地传向冷端，这个现象　　就称为热传导　　影响热膨胀的因素　　1.化学键型化学键的键强越大，膨胀系数越小　　2.热膨胀与结合能、熔点的关系结合力强，势能曲线深而狭窄，升高同样的温度，质点振　　幅增加的较少，热膨胀系数小　　3.热膨胀与温度、热容的关系　　4.热膨胀与结构的关系结构紧密的固体，膨胀系数大，反之，膨胀系数小　　热导率λ的物理意义：是指单位温度梯度下，单位时间内通过单位垂直面积的热量，它的　　单位为W/m·K(J/m·S·K)　　R?　　定义??1????E　　?E为表征材料抗热震性的因子，也称为第一热应力因子R??　　定义??1????为第二热应力因子　　R???　　定义??1????E???C?R?C??Ra为第三热应力因子热量在材料中传递的越快，材料内部温差越小，这显然对抗热震性有　　利　　影响抗热震性的因素　　(1)影响抗热震断裂性的主要因素　　?从R和R′因子可以知道，它们所包含的材料性能指标主要是σ、E、α和λ：　　影响材料性能的因素　　碳当量对材料性能的影响　　决定灰铸铁性能的主要因素为石墨形态和金属基体的性能。

当碳当量较高时，石墨的数量增加，在孕育条件不好或有微量有害元素时，石墨形状恶化这样的石墨使金属基体能够承受负荷的有效面积减少，而且在承受负荷时产生应力集中现象，使金属基体的强度不能正常发挥，从而降低铸铁的强度在材料中珠光体具有好的强度、硬度，而铁素体则质底较软而且强度较低当随着C、Si的量提高，会使珠光体量减少，铁素体量增加因此，碳当量的提高将在石墨形状和基体组织两方面影响铸铁铸件的抗拉强度和铸件实体的硬度在熔炼过程控制中，碳当量的控制是解决材料性能的一个很重要的因素　　合金元素对材料性能的影响　　在灰铸铁中的合金元素主要是指Mn、Cr、Cu、Sn、Mo等促进珠光体生成元素，这些元素含量会直接影响珠光体的含量，同时由于合金元素的加入，在一定程度上细化了石墨，使基体中铁素体的量减少甚至消失，珠光体则在一定的程度上得到细化，而且其中的铁素体由于有一定量的合金元素而得到固溶强化，使铸铁总有较高的强度性能在熔炼过程控制中，对合金的控制同样是重要的手段　　炉料配比对材料的影响字串4　　过去我们一直坚持只要化学成分符合规范要求就应该能够获得符合标准机械性能材料的观点，而实际上这种观点所看到的只是常规化学成分，而忽略了一些合金元素和有害元素在其中所起的作用。

如生铁是Ti的主要来源，因此生铁使用量的多少会直接影响材料中Ti的含量。