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对金属材料的低温性能的分析

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  [摘要]在当今现代工程建设和生产生活中,金属材料的应用十分广泛,而金属材料的使用随着其性能的变化衍生出不同的金属附件。金属材料是由金属组成的材料的总成,具有自己的物理和化学性质。更常见的是,金属材料的物理和化学性质随温度变化。本文写作的关键是简要讨论低温条件下金属性能的变化。
  [关键词]低温 金属材料 力学性能 应用发展
  1金属材料的发展概况
  对于金属,每个人都不陌生。常见的钢、铁、铜、铝等金属在工业、农业、军事、日常生活中广泛使用,并不断提升冶炼技术,开发新的金属附件。最早使用的金属一一青铜,他的使用历史可以追溯到3000多年前,我国的祖先在日复一日的生产过程中,就逐步发现并使用青铜、生铁等金属,只是生产规模较小,多数用在礼器中,随着生产工艺的提高才逐步应用在生产生活中。在长期的生产生活中,人们发现诸如青铜、生铁这样的固体金属具有许多物理化学特性,这是人们鉴别金属的根本原因。固体金属是一种高硬度、高延展性、易导电、导热、有光泽的材料。在已经发现的化学元素中(105种),金属元素有83种,约占总化学元素的80%。可见金属元素的重要研究意义。
  金属元素在自然界中广泛存在,呈固态结晶状。在工农业生产、人们日常生活中应用十分广泛。其材料种类繁多,工程中的金属材料包括钢、有色金属、合金、粉末冶金等。不同的金属材料具有不同的结构组成和物理化学性能,同时不同的生产工艺过程,特别是热处理后对金属材料的性能影响极大。
  2.温度对金属材料性能的影响
  2.1金属材料的机械性能
  由于不同金属零件所应用条件环境不尽相同,为了保证其功能性能,人们对制造这些零件的金属材料的要求也是不相同的。金属材料的使用性能主要包括:机械性能;物理性能;化学性能;加工性能;力学性能。对金属材料的不同性能的合理综合利用,将会在生产中产生极大的不同效果。金属材料的力学性能是指在外力作用下,作用力與环境因素的组合变化。一般来说,金属材料的机械性能通常包括强度、硬度、形状、弹性、冲击韧性和腐蚀等性能。在低温条件下,这些性能通常会发生变化,但最显著的变化是韧性和脆性的变化,因此本文简要分析了韧性和脆性。
  2.2低温条件下金属材料脆性的变化
  在低温条件下,金属材料的脆性会急剧上升。这种变化被称为金属材料的冷脆。一旦金属材料是冷而脆的,它就极易断裂。冷脆的发生改变了金属本身的内部结构,并将其转变为六晶格形式的分子。这种分子的存在随着温度的变化而变化,当它达到一定程度时,是人为的或由于自然外力因素而发生断裂现象,但这种断裂现象不改变形状,只是简单的断裂,断裂时间很短,断裂很快,而且发出“清晰”的声音。这些性能变化仅适用于具有冷脆性的材料,对于非冷脆性材料,即使温度很低,也不会断裂。
  2.3金属材料的韧性变化
  与金属材料脆性断裂的形状变化相比,金属材料韧性断裂的变化会导致形状的变化,韧性断裂时间很慢,断裂后在断裂处发现明显的断裂痕迹。专业人士会发现金属的延性断裂是由外力产生的。因为断裂时间很慢,这就把断裂的形状变成了纤维的形状,断裂面呈暗黑色。
  金属材料的低温性能不妨碍材料的正常使用。只要对金属材料在低温条件下的性能进行综合分析和利用,就可以利用其性能生产出新的金属材料。
  大量的科学研究表明,金属材料的性能在低温条件下会发生严重的变化。在常温条件下,金属材料内部的分子结构松散结合,分子间的空间能充分吸收外界压力,增加其弹性。不同的是,在低温状态下,金属材料之间的分子间结合相对更紧密,导致吸收外力的空间变得非常小。所以在低温条件下其弹性就变得非常小,易断裂。
  低温材料在使用中的要求和应用发展:由于季节性变化,金属材料在建筑等生产和生活中的使用必须能承受低温状态。因此,对低温材料的使用已成为必然趋势。对于需要高安全系数的建筑物,如桥梁,所用的金属材料可以在正常温度下工作,并在低温下工作,而不存在潜在的安全隐患。
  金属材料在低温下容易发生脆性断裂的性能并不是绝对的不利条件,人们可以反其道而行之,譬如人们利用金属材料的这种特性,发展出了“低温粉碎技术”,即变不利为有利条件,进行金属材料的粉碎利用。在我国现有的炼钢炉中,炼钢前,为了提高废铁的回收率,原钢一般被粉碎。由于钢材的特殊性,破碎钢材一直很困难,而根据金属在低温条件下的易碎性发展出来的低温破碎技术就解决了这一技术难题,彼之蜜糖汝之砒霜,关键在与实践中的具体灵活运用。
  3小结
  随着生产力的不断提高,我国相当一部分建设工程已延伸到低温或者超低温领域。我国幅员辽阔,广大的西部和北部地区大面积国土处于严寒地区,低温或超低温作业工程在未来属于量大面广的工程,许多项目必须在极低的温度下进行。因此,我们必须考虑金属材料的机械性能是否能够满足我们的工程材料在低温下的标准。今天,随着中国经济的发展,多数城市都在稳步发展。现代交通是城市发展的标志之一。大多数的大中城市开始发展地铁以舒缓交通,因此地铁的工程量急剧增大。这就对盾构机提出了很大的需求,盾构机是一种用于隧道开挖的工程机械。它具有挖岩、挖土、运土块等功能,涉及地质、机械等多个学科和技术。盾构机的工作环境往往面临极低的温度,其构造又完全由金属材料制成。此时,若金属材料的某些力学性能会发生变化,就会影响到其使用和安全。因此,有必要研究温度对金属材料力学性能的影响。然后运用显微技术,找出了其力学性能变化的根本原因。
  在低温条件下,金属材料的性能会发生严重的变化。虽然这种变化会给金属材料的正常使用带来困难,但相关研究表明,金属材料在这些低温条件下的性能得到了研究,特别是在低温下容易发生的韧性和脆性断裂。因此,可以充分利用脆性断裂的特性,对金属材料进行加工,达到正常生产和使用寿命。
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