Свойства металлов при высоких температурах

Для вычисления собственных напряжений довольно часто приходится использовать характеристики свойств металлов при высоких температурах.

Теплофизические характеристики, такие, как объемная теплоемкость сγ, теплопроводность λ и температуропроводность а, берут обычно средними в необходимом интервале температур. В табл. 7.1 указаны их значения для случая сварки металлов. Коэффициенты

линейного расширения а также обычно берут средними в некотором диапазоне температур. Однако в ряде случаев приходится пользоваться дилатограммами — экспериментально полученными графиками изменения линейного размера образца от температуры (рис. 7.2). В металлах, не испытывающих структурных превращений, изменение длины образца происходит монотонно (рис. 7.2, а), поэтому используют не мгновенное значение α =dε/dt а принимают α = ε/Т = tg0. В металлах со структурными превращениями, например в углеродистых и легированных сталях, график имеет сложный характер (рис. 7.2, б). При охлаждении металла от максимальной температуры нагрева до точки N — начала структурного превращения — происходит монотонное сокращение образца, а затем, несмотря на снижение температуры, его удлинение. После завершения структурного превращения (точка К) образец вновь начинает сокращаться. Положение точек начала Тн и конца Тк структурных превращений зависит от химического состава

металла и термического цикла охлаждения (скорости охлаждения). Чем выше скорость охлаждения, тем ниже Тн и Тк. От состава металла и скорости охлаждения зависит также деформация εс структурного превращения.

Механические свойства металла также зависят от температуры. Модули упругости Е и сдвига G снижаются с ростом температуры, в то время как коэффициент Пуассона μ несколько возрастает

(рис. 7.3). Характер зависимости напряжения σ от деформации ε при растяжении образца изменяется сложно при повышении температуры. Когда материал рассматривают как идеальный упругопластический (рис. 7.4), диаграмма может быть описана лишь двумя характеристиками — модулем упругости Е и пределом текучести σт;

εт = σт/Е.

Таблица 7.1

Теплофизические свойства некоторых металлов

* Средний коэффициент линейного расширения α' в диапазоне температур 0—1000 °С, при определении которого исключено сокращение металла вследствие структурного превращения.

На рис. 7.5 представлены графики зависимости σт от температуры для некоторых металлов (сплошные линии). Иногда эти слож-

ные графики заменяют схематизированными (пунктирные линии). Для низкоуглеродистой стали предел текучести при изменении

температуры от 0 до 500 °С принимают постоянным, а затем понижающимся до нуля при 600 °С. В действительности и при Т > 600 °С предел текучести металла не равен нулю. Для титанового сплава изменение σт принимают в виде одной прямой линии.

Дата добавления: 2015-07-08