材料物理性能 作者 陈騑騢_ 第四章.ppt

2.第二热应力断裂抵抗因子R′ 1)材料的热导率　热导率越大，传热越快，热应力持续一定时间后很快缓解，所以对热稳定有利。2)传热的途径　即材料或制品的厚薄。3)材料表面散热速率　如果材料表面向外散热快(例如吹风)，材料内、外温差变大，热应力也大，如窑内进风会使降温的制品炸裂，所以引入表面热传递系数h。 图4-112　不同h传热条件下，材料淬冷断裂的最大温差 3.第三热应力断裂抵抗因子R″ 图4-113　无限平板剖面上的温度分布 (二)抗热冲击损伤性 图4-114　不同温度的氧化铝杆在水中急冷后的强度曲线 四、提高抗热冲击断裂性能的措施 (1)提高材料强度σ，减小弹性模量E，使σ/E提高　这意味着提高材料的柔韧性能吸收较多的弹性应变能而不致开裂，因而提高了热稳定性。(2)提高材料的热导率λ，使R′提高　λ大的材料传递热量快，使材料内外温差较快地得到缓解、平衡，因而降低了短时期热应力的聚集。(3)减小材料的热膨胀系数αl　αl小的材料，在同样的温差下，产生的热应力小。(4)减小表面热传递系数h　不同材料的h值差别很大。(5)减小产品的有效厚度rm。 * * * * * * * * * * * * * * (一)金属本性的影响 不同金属由于其电子逸出功和自由电子密度不同，故热电势不同。大量的实验数据表明，纯金属的绝对热电势率S依下列次序由小到大：从Si，Sb，Fe，Mo，Cd，W，Au，Ag，Zn，Rh，Ir，Tl，Cs，Ta，Sn，Pb，Mg，Al，Hg，Pt，Na，Pd，K，Ni，Co到Bi。其数值大小约为几微伏每度到几十微伏每度，且通常为温度的函数。 (二)合金化的影响 1.形成固溶体2.形成化合物3.多相合金 (三)组织转变的影响 1.磁性转变和同素异构转变2.马氏体转变3.亚稳固溶体合金的析出4.有序无序转变 (四)塑性形变的影响 冷形变对金属的热电势也有影响。如将形变和退火状态的金属组成电偶，随着加工硬化程度的增高，热电势值增大。经过加工硬化的铁和退火态的铁成偶，前者为负，后者为正。若对固溶体合金进行冷形变，并由于形变直接或间接引起析出或马氏体转变时，将导致合金的热电势发生相应的变化。 (五)钢的碳含量及热处理的影响 表4-4　碳含量和热处理对铁和钢成偶热电势的影响 (六)压力的影响 曾经发现，在高压下使用热电偶时，热电势将发生变化。例如，测量100℃温差的铜-康铜热电偶，在压力从零升到7×109Pa过程中，平均每升高108Pa，热电势的降低相当于0.052℃。布里吉曼(Bridgman)发现，当环境压力增加到1.2×109Pa时，康铜在0～100℃范围内热电势的平均变化率为3×10-10μV·℃-1·Pa-1。压力对金属热电势率的影响首先是由于原子大小及其间距在高压下发生了变化，提高了费密面，改变了能带结构，从而影响扩散热电势率；其次，高压改变了声速、声子极化以及电子与声子的交互作用，从而影响声子曳引热电势率。这些因素只是在高压系统中才需要考虑，一般情况下可以忽略。 (七)磁场的影响 在液氦的低温下，磁场对金属热电势的影响相当明显。例如，在1K温度下对标准“银-金铁”热电偶施加16×105A·m-1横向磁场时，热电势变化达20%；对“镍10%Cr-金0.07%Fe”热电偶施加48×105A·m-1磁场，在35～60K温度下热电势率下降2.5%；温度降到20K以下加磁场后热电势率却增大，温度降到4.1K时增大达40%之多。洛斯柯(Loscoe)和米夫(Meffe)提出，金属材料在强磁场中不仅产生与温度有关的热电势，还会产生与磁场有关的磁电势。当施加强磁场时，磁场中的A金属被磁化为Am，这时的Am将与磁场外的A金属组成A-Am热电偶。只要存在温差就可以产生磁(热)电势。强磁场对金属热电势的影响可以用磁场改变了与费密能有关的能态密度，从而引起电导率和热电势率的变化来解释。 三、热电势的测量 (一)定点法(二)比较法(三)示差法 (一)定点法 所谓定点法，是利用某些高纯物质具有稳定的物态转变温度和国际温标所定义的固定温度作为热电势测量的温度点，而无须使用温度计来确定试样所处的温度。通常作为热电测量的固定点有：液氦的沸点(4.2K)、液氧的沸点(-182.962℃)、干冰的升华温度(-78.476℃)、水的三相点(0.01℃)、水的沸点(100℃)、锌的凝固点(419.58℃)、锑的凝固点(630.755℃)、银的凝固点(961.93℃)、金的凝固点(1064.43℃)、铜的凝固点(1084.88℃)等。 (二)比较法 图4-100　比较法测量热电势示意图 (三)示差法 图4-101　双电位差计测量热电势示意图 (三)示差法 图4-102　示差法测量热电势原理 (三)示差法 图4-103　示差法测