材料的高温力学性能研究

第４２卷第３期　２０ｌ　４年６月　现代冶金　

Ｍｏｄｅｒｎ　Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ　ＶＯ１．４２　ＮＯ．３　Ｊｕｎ．２０１４　

非调质螺栓钢ＭＦＴ８的高温力学性能研究　

王子，温洪，张梦姣，尚晓娟，赵岁春　

（南京工程学院材料工程学院，江苏南京２１１１６７）　

摘要：采用不同温度的高温拉伸试验，研究了由室温到５００Ｃ，￣度范围内，温度对ＭＦＴ８非调钢的力学　性能、断裂方式及微观组织的影响。结果表明，在低于３００℃条件下进行拉伸时。ＭＦＴ８钢的屈服强度和　

抗拉强度均可以满足国家标：住对８．８级螺栓的强度要求；高温条件下，材料均发生塑性断裂，在１５０￣Ｃ拉　伸时塑性低于其他温度；在３００￣Ｃ以下引起材料强度下降的主要因素为位错强化作用的减弱，弥散碳化物　的回溶导致材料在４００℃以上扭伸时强度明显降低。　

关键词：ＭＦＴ８；非调质铜；高温拉仲；力学性能　中图分类号：ＴＧ１４２．１　

引　言　

标准螺栓在工程及机械领域巾用量大、应用范　

围广。近年来，随着世界节能意识和降低成本要求　的提高，非调质钢紧固件（螺检）的应用量大幅增　

加。变形强化非调质钢是在碳钢巾加入微量合金元　素Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ等，通过控轧摔冷技术，使合金元素　

以碳氮化合物形式弥散析…，从而产生沉淀强化，　细晶强化和变形强化的综合作用，使材料的力学性　

能达到调质钢水平。由于非调质螺栓町省去调质处　理丁岂，降低能源消耗，缩短牛产周期，同时避免　

了１阿热处理过程中　丁变形或淬火裂纹所造成的　废晶，因此具有广阔的应用前景Ｉ１　】。　

目前非调质型螺栓的牛产处在起步发展阶段，　其在常温下的组织性能研究已经比较充分【３】，但对　

丁该类材料高温性能研究的报道很少。非测质型螺　栓若要应用于电站、炼油厂等能源动力领域（如汽　

轮机、锅炉等），必须考虑其在高温服役条件下的　

热强性。针对这一问题，本文对非测钢在高温下的　力学性能、组织演变和失效形式进行了研究，为扩　

展该类材料的应用范围提供理论和实验依据。　

材料的高温强度

材料的高温强度是指材料在高温条件下所能承受的力学性能。在高温环境下，材料的强度、韧性、塑性等性能会发生变化，因此对于高温工作环境中的材料选择和设计具有重要意义。本文将从高温强度的影响因素、测试方法以及提高高温强度的途径等方面进行探讨。

高温强度的影响因素主要包括材料的化学成分、晶粒尺寸、晶界特征、缺陷状态等。化学成分是影响材料高温强度的重要因素之一，不同的合金元素对高温强度的影响有所不同。此外，晶粒尺寸和晶界特征也会对材料的高温强度产生影响，通常情况下，细小的晶粒和清晰的晶界会提高材料的高温强度。缺陷状态也是影响材料高温强度的重要因素，例如气孔、夹杂等缺陷会降低材料的高温强度。

测试材料的高温强度通常采用拉伸试验、压缩试验、蠕变试验等方法。拉伸试验是最常用的一种方法，通过在高温条件下对材料进行拉伸，来测定材料在高温下的强度和变形性能。压缩试验则是将材料置于高温条件下进行压缩，来研究材料在高温下的抗压性能。蠕变试验则是研究材料在高温条件下长时间受力后的变形情况，从而评估材料的高温稳定性。

提高材料的高温强度可以采取一些措施，例如合理的选择材料的化学成分、优化热处理工艺、控制晶粒尺寸和晶界特征、减少材料的缺陷等。合理的选择材料的化学成分可以通过添加合金元素来提高材料的高温强度，同时也可以通过调整材料的组织结构来提高高温强度。优化热处理工艺可以通过控制材料的显微组织和晶粒尺寸来提高材料的高温强度。控制晶粒尺寸和晶界特征可以通过晶界工程来提高材料的高温强度，减少材料的缺陷可以通过优化材料的制备工艺和加强材料的质量控制来提高材料的高温强度。

综上所述，材料的高温强度受多种因素影响，测试方法多样，提高高温强度的途径也多种多样。在实际工程中，需要综合考虑材料的化学成分、组织结构、热处理工艺等因素，通过合理的设计和选择，来满足高温工作环境对材料强度的要求。同时，也需要不断探索和研究，以提高材料的高温强度，满足高温工作环境的需求。

内蒙古科技大学硕士学位论文

I 摘 要 低碳低合金钢Q345D具有强度高、韧性高、抗冲击、耐腐蚀等优良特性，因而倍受广泛地应用于各个方面。，连铸技术因为具有可以大幅提高金属收得率、改善铸坯质量和节约能源等显著优势，因而在生产钢材的各种方法中得到了最为广泛的应用。本文通过对Q345D钢的高温力学性能热模拟实验及其高温凝固相转变规律的研究，进一步了解该钢种的高温特性，以期为铸坯质量的提高提供理论依据。 对于Q345D高温力学性能的研究主要是通过热模拟试验机模拟金属热变形的整个过程，得到其热变形过程中热强度、热塑性、显微组织以及相变行为并对其进行分析整理总结。本文通过使用Gleeble-1500D热模拟试验机，对Q345D钢进行高温拉伸实验，获得该钢在800℃~1200℃温度下的屈服强度、抗拉强度及延伸率、断面收缩率等数据。对以上数据进行分析，可以得出：在800℃~850℃温度区间，随着温度的升高，屈服强度、抗拉强度分别从800℃的39.10MPa、83.61MPa提高到850℃的40.01MPa、93.10MPa；在900℃~1300℃温度区间内，随着温度的升高，其屈服强度和抗拉强度分别从900℃的33.53MPa、91.16MPa降低到1300℃的8.45MPa、19.85MPa。对于该钢的热塑性，800℃~900℃温度区间内随温度升高，其延伸率、断面收缩率分别从800℃的9.11%、77.7%提高到900℃的23.58%、79.3%升高；在1000℃~1200℃温度区间内，延伸率、断面收缩率变化比较平缓；1200℃以后随温度升高，延伸率、断面收缩率急剧降低，在1300℃时其数值分别为11.75%、48.5%，表明其热塑性下降。 Q345D的高温凝固相转变规律是通过自行研制的可控高温凝固相变实验装置进行的，对于加热到熔化状态下的钢样通过控制冷速冷却到不同温度，然后淬火保留高温组织的方式研究其组织的转变行为。对所得试样金相组织观测得出：在液态下直接淬火时，冷却速度越快，所得到的晶粒越为细小；在冷速为20℃/min的冷却速度下，Q345D钢的液、固相线温度点分别为1515℃和1460℃，在该区间内，残留高温铁素体的含量随着结束控制冷速冷却温度的降低而升高；在2℃/s的冷却速度下，在1515℃和1460℃温度点仍然有高温铁素体相的存在，但是与同温度下以20℃/min的冷却速度得到的试样相比，高温铁素体相的含量有明显不同。

温度变化对金属材料力学性能的影响

引言：

金属材料广泛应用于各种工程领域，其力学性能在不同温度下的表现对工程应用的安全性和稳定性至关重要。本文将讨论温度变化对金属材料力学性能的影响，并探讨其机理。

1. 热膨胀与热应变

温度升高或降低会导致金属材料的线膨胀系数增大或减小，热膨胀引起的热应变进而影响材料的力学性能。热应变引起的应力变化可能导致材料的破坏，尤其在高温环境或剧烈温度变化的情况下。

2. 热导率与热冲击

金属材料的热导率随温度变化而改变，高温下热导率增大，低温下热导率减小。温度变化引起的热冲击可能导致材料的变形、断裂甚至熔化。因此，在设计工程结构时，需要合理考虑材料的热导率特性。

3. 材料相变

温度变化可能引起金属材料的相变，特别是在临界温度附近。相变过程中伴随的体积变化会导致材料的应力分布发生改变，从而影响其力学性能。此外，相变还可能导致金属材料的微观结构发生改变，并影响其塑性、强度和韧性等力学性能。

4. 热蠕变 高温下，金属材料会发生热蠕变现象，即在一定应力作用下，材料会发生时间依赖的塑性变形。热蠕变的发生导致材料的力学性能发生变化，例如降低强度和刚度，增加延展性和塑性。因此，在高温环境下使用金属材料时，热蠕变现象必须得到有效控制。

结论：

温度变化对金属材料的力学性能具有显著影响。通过了解温度变化对热膨胀、热导率、相变和热蠕变等方面的影响机理，可以更好地采取措施来应对和优化金属材料在不同温度条件下的应用。在工程设计和实际应用中，需要综合考虑温度变化对金属材料力学性能的影响，以确保工程结构的安全性和可靠性。