金属材料温度相关性及尺寸相关性屈服强度理论表征方法研究

发布时间：2021-01-17 01:16

　　随着高新科学技术的不断发展,拓展材料服役条件的要求越来越强烈,高强钢、高温合金、金属玻璃等材料在不同温度下的应用越来越广泛,例如航空发动机、微纳机电系统、工业燃气轮机、深空探测、核反应堆等领域,工程设计对相应材料力学性能的要求也越来越高。在实际工程应用中一般要求金属材料在其弹性阶段内安全工作,因而屈服强度成为工程设计上最为重要的力学性能指标之一。研究表明在高温下金属材料具有明显不同于常温下的力学性能,且在表面应力影响下纳米材料具有不同于块体材料的塑性变形和破坏模式,这就使得对金属材料的温度相关性及尺寸相关性屈服强度的研究成为当前高新科技最活跃的领域之一。本文针对钢材、高温合金、金属玻璃等金属材料开展了温度相关性屈服强度理论表征方法研究,并对金属纳米材料开展了尺寸相关性杨氏模量、屈服强度、熔点及德拜温度等物理性能的理论表征方法研究,主要研究工作如下:（1）基于重庆大学李卫国教授提出的可定量考虑温度对材料力学性能影响的思想——力热能量密度等效原理,在Mises屈服准则的基础上,考虑材料内储存的热能对屈服的贡献,通过建立热能与弹性形变能量之间的定量等效关系,提出了金属材料温度相关性屈服准则,... 

【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：113 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

Q345(16Mn)钢材的温度相关性屈服强度Fig.2.1TemperaturedependenceoftheyieldstrengthofQ345(16Mn)

重庆大学博士学位论文14表2.2用于预测商业纯钛屈服强度的温度相关性杨氏模量Table2.2Young’smodulusofthecommerciallypuretitaniumusedtoobtainthepredictions其他材料参数如下所示：参考点的屈服强度：σy0=246MPa[123]；熔点：Tm=1726K[119,120]；商业纯钛比热容的具体形式如下[119,120]：Cp(T)=19.083+23.497×10-3T(298~500K)Cp(T)=-251.166+356.439×10-3T+259.454×105T-2(500~631K)Cp(T)=467.194-678.737×10-3T(631~640K)（2.13）Cp(T)=-385.698+404.225×10-3T+654.532×105T-2(640~700K)Cp(T)=-10.874+54.668×10-3T+56.476×105T-2-16.489×10-6T2(700~1400K)Cp(T)=36.192(1400~1726K)我们对比了工业纯钛屈服强度的模型（式2.11）预测结果和实验结果，两者取得了很好的一致性，如图2.2所示。图2.2商业纯钛的温度相关性屈服强度Fig.2.2Temperaturedependenceoftheyieldstrengthofthecommerciallypuretitanium③针状铁素体温度（℃）杨氏模量（MPa）2029000100156532006990300233640022005002100

重庆大学博士学位论文16图2.3针状铁素体的温度相关性屈服强度Fig.2.3Temperaturedependenceoftheyieldstrengthoftheacicularferritesteel④XLERPLATEGrade350我们还用温度相关性屈服强度模型（式2.11）预测了低碳钢XLERPLATEGrade350屈服强度的温度相关性，并与实验数据[125]进行了对比，模型预测所用的材料参数如下所示。在研究的温度段内低碳钢的晶格结构主要为体心立方结构。表2.4展示了用于计算的低碳钢XLERPLATEGrade350杨氏模量的温度相关性[125]。表2.4用于预测低碳钢XLERPLATEGrade350屈服强度的温度相关性杨氏模量Table2.4Young’smodulusofthemildsteelXLERPLATEGrade350usedtoobtainthepredictions温度（℃）0TTEE201600.9981500.9601800.9673000.9483600.9234100.9104600.8976000.8346600.777


本文编号：2981905