力學性能范文

導語：如何才能寫好一篇力學性能，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

【關(guān)鍵詞】金屬材料；力學；性能

在機械加工領(lǐng)域，常研究的金屬材料的力學性能主要包括以下幾個方面：材料強度與塑性、材料硬度、沖擊韌性與疲勞強度。通過對金屬材料力學性能的研究，在滿足零部件加工性能的同時，更好更合理的選材。

一、強度與強度指標

金屬材料在機械加工時，承受靜載荷的作用，其抵抗塑性變形或斷裂的能力稱之為強度。載荷就是金屬材料在使用及加工過程中所承受的各種外力，其中載荷分為靜載荷、沖擊載荷、交變載荷。顧名思義靜載荷就是力的大小和方向均不發(fā)生變化的載荷，而沖擊載荷就是沖擊力比較大，作用在工件上的時間比較短、速度比較快，交變載荷與靜載荷相反，力的大小和方向隨時間發(fā)生周期性的變化。我們所研究的強度指標就是在靜載荷作用下研究的。

屈服強度是用來表示金屬材料強度指標最有效的形式。當金屬材料受力達到一定程度出現(xiàn)屈服現(xiàn)象時，發(fā)生塑性變形并且變形能力不隨力增加而改變，此時所對應(yīng)的應(yīng)力稱之為屈服強度。

在機械加工領(lǐng)域，常用到的材料一般不允許存在塑性變形，這就決定了屈服強度是我們設(shè)計零部件和選材的最主要依據(jù)。

二、塑性與塑性指標

金屬材料在機械加工時承受載荷作用時發(fā)生變形，當載荷增加一定程度時發(fā)生斷裂，在斷裂前所承受的最大塑性變形的能力我們稱之為材料塑性。拉伸試驗是我們獲得金屬材料的強度和塑性指標最有效的試驗。首先把被測材料加工成標準試樣，將試樣安裝在拉伸試驗機上通過緩慢施加拉伸載荷，獲得拉伸載荷與式樣伸長量的關(guān)系，即拉伸曲線。

三、硬度和硬度試驗

金屬材料的硬度就是指金屬材料抵抗局部塑性變形和破壞的能力。金屬材料的力學性能中最重要的指標之一就是硬度。與拉伸試驗相比，硬度試驗相對操作比較簡單，可以直接在零部件表面進行試驗，比較直觀，應(yīng)用比較廣泛。硬度試驗方法種類比較多，最常用的有以下三種試驗方法。

1、布氏硬度試驗法

（1）布氏硬度試驗原理

布氏試驗就是先使用硬質(zhì)合金球做壓頭壓入金屬表面，在施加一定的壓力，在規(guī)定時間后消除試驗力，最后測量壓痕表面直徑，根據(jù)試驗壓力，作用時間，壓痕直徑，帶入公式，通過計算公式得出其硬度值。通過實驗我們可以得出以下結(jié)論：布氏硬度值與壓痕直徑成正比例關(guān)系。

（2）布氏硬度特點及適用范圍

由于在布氏硬度實驗過程中，所用到的試驗力和壓頭直徑都比較大，所以壓痕也比較大，測量起來比較直觀準確，故能準確反映出硬度值。但是也存在一定缺陷，由于壓痕比較大，對金屬表面的損傷程度也比較大，對于測量零部件表面質(zhì)量要求比較高或薄壁零部件不適用布氏硬度試驗。

2、洛氏硬度試驗法

（1）洛氏硬度實驗原理

洛氏硬度實驗原理與布氏硬度試驗相比，不同點在于把硬質(zhì)合金球形壓頭改為金剛石圓錐壓頭，不是通過壓痕直徑來測量，而是通過壓痕深度來測量硬度值。對于不同標尺下的硬度值必須轉(zhuǎn)化為同一標尺才能進行比較。

（2）洛氏硬度特點及適用范圍

由于洛氏硬度試驗壓頭采用金剛石錐頭，壓痕較小，對零部件的損壞程度比較小，適用于測量一些薄壁及表面質(zhì)量要求比較高的零部件，但存在一定的局限性，測量的硬度值不夠準確。

3、維氏硬度試驗法

維氏硬度試驗壓頭區(qū)別于布氏和洛氏硬度，采用金剛石四棱錐體，維氏硬度試驗壓痕比較不明顯，故可以測量薄壁零部件，但在實驗過程中，對壓痕對角線的測量比較復雜，增加試驗難度。

四、沖擊韌性與疲勞強度

由于金屬材料在實際使用加工過程中所承受的載荷是多樣的，也可能是多種載荷的疊加，常見的的載荷有靜載荷，動載荷和交變載荷，只對靜載荷研究遠不夠，對于沖擊和疲勞載荷的研究意義重大。

1、沖擊韌性

沖擊載荷的研究只要通過沖擊韌性來獲得，沖擊韌性主要通過彎曲試驗獲得。沖擊抗力是通過沖擊韌度來衡量，主要由材料的強度和塑性決定。

2、疲勞強度

實際生產(chǎn)中常會遇到這種現(xiàn)象，雖然材料承受力遠低于屈服極限，但較長時間工作后也會發(fā)生斷裂，這種現(xiàn)象就是金屬疲勞。金屬材料出現(xiàn)疲勞破壞時會出現(xiàn)以下特征：（1）疲勞斷裂前不出現(xiàn)明顯征兆，突然破壞。（2）引起疲勞破壞的應(yīng)力并不是很大，往往遠低于材料的屈服強度。（3）疲勞破壞需要經(jīng)過三個階段：裂紋形成、裂紋擴展、整體斷裂。

篇2

【關(guān)鍵詞】纖維混凝土；力學性能；耐久性

1 纖維混凝土定義

混凝土是一種由粒狀材料與水泥或其他基質(zhì)材料所組成的脆性復合材料，它被廣泛應(yīng)用于城市的發(fā)展建設(shè)，但因其本身抗?jié)B性及抗性變能力差、缺乏較強抗拉強度及應(yīng)變、容易產(chǎn)生脆性破壞等問題難于滿足現(xiàn)代建筑高度、重載、大跨的發(fā)展趨勢。因此，限制了普通混凝土在現(xiàn)代建筑應(yīng)用。為了提高混凝土中的抗壓及抗性變等性能，人們會在混凝土中加入一定比例的纖維復合材料，形成我們本文所說的纖維混凝土。纖維混凝土因其獨特的性能已被越來越多的工程建筑所采用。其中聚丙稀纖維、鋼纖維、玻璃纖維等應(yīng)用較為廣泛。

2、力學性能

混凝土的主要通過其基本力學性能、抗彎沖擊性、抗疲勞性、抗?jié)B性、抗凍性以及增z機理力學性來表現(xiàn)及具體的性能。下面就主要通過鋼纖維混凝土、聚丙烯纖維混凝土、素混凝土這三種材料的各項性能進行對比研究試驗，從而探討高性能纖維混凝土的力學優(yōu)劣。

2.1高性能纖維混凝土抗壓強度

工程建筑中受壓構(gòu)件主要是混凝土，它的抗壓性能是其最基本的要求，抗壓強度的大小是劃分混凝土等級的重要指標。而其抗壓強度的大小受到不同材料及材料摻量組成的影響。通過實驗我們可以得知，高性能纖維混凝土抗壓能力要明顯優(yōu)于普通混凝土，使其改變普通混凝土塑性能力，因其本身纖維的作用有效的保護了地震等地質(zhì)災(zāi)害對建筑的破壞。

2.2高性能纖維混凝土抗拉性能

抗拉強度顧名思義是混凝土的極限拉應(yīng)變值。因普通混凝土其脆性大，形變能力小。因此如何改變普通混凝土的抗拉性能是建筑中重要的問題，現(xiàn)就在普通混凝土中添加不同高性能纖維后對混凝土抗拉強度進行試驗，試驗結(jié)果如圖：

圖左：破壞力平均22KN 圖中：破壞力平均32KN 圖右：破壞力平均42KN

從上圖實驗數(shù)據(jù)中可得知，在普通的混凝土中添加相關(guān)的高性能纖維有效的增加了其抗拉性能，其中在混凝土中添加鋼纖維所產(chǎn)生的抗拉性要比聚丙烯纖維強的多，主要原因在于鋼纖維要比聚丙烯纖維有更強的彈性及強度，使其在作用力時所能承受的耐力較大。高性能纖維混凝土有效的改變了混凝土的強度及韌性，使建筑的連接作用得到提高，大大減緩了裂紋擴展速度，使建筑表現(xiàn)出良好的延性破壞特征。

2.3高性能纖維混凝土抗疲勞性能

建筑疲勞指的是建筑物在循環(huán)擾動應(yīng)力持續(xù)作用下導致建筑結(jié)構(gòu)局部結(jié)構(gòu)剛度發(fā)生變化的過程。它一直是工程發(fā)生重大破壞時間的最主要原因。因此，如何解決建筑材料疲勞性是當前許多需承受反復荷載作用工程面臨的重要問題。現(xiàn)擬在混凝土當中加入高性能纖維進行試驗，看是否能有效的改變混凝土的抗疲勞性。（A-普通混凝土；B-聚丙烯；C-杜拉纖維；D-鋼纖維）

從實驗數(shù)據(jù)中可以得知，經(jīng)過40萬次疲勞循環(huán)加載后，在普通混凝土中添加了高性能纖維后，其本身的抗疲勞能力可以得到較大的提升，說明高性能纖維能有效改善混凝土的抗疲勞性能。其中鋼纖維混凝土的抗疲勞性能力最強，普通混凝土的抗疲勞性最弱；同時在通過40萬次疲勞循環(huán)后混凝土的抗疲勞剩余強度可以得知，普通混凝土經(jīng)過40萬次疲勞循環(huán)后其剩余的抗疲勞能力不到原來的一半，而其余三種添加了高性能纖維后的混凝土其抗疲勞能力下降的并不是非常明顯，其中以鋼纖維混凝土的剩余強度為最佳，聚丙烯及杜拉纖維其抗疲勞性能下降也是相近。

由此可以簡單的得知，在建筑的混凝土當中加入一定比例的高性能纖維能夠有效的提高建筑的抗疲勞能力，而且其可以在經(jīng)受一定循環(huán)作用力后依然可以保持較高的抗疲勞能力，能夠有效的減少建筑開裂等問題，給國民經(jīng)濟的發(fā)展帶來巨大的經(jīng)濟收益。

3、改善混凝土耐久性能

建筑在追求其有相關(guān)的抗壓、抗拉及抗疲勞要求之外，還應(yīng)能在不同的環(huán)境下，都可以滿足人們對其的正常使用，所以要求我們的建筑需要有良好的耐久性能。當遇到洪水時承受較大壓力，水的作用要求其擁有一定的抗?jié)B能力，當在寒冷的環(huán)境中又必須具備一定的抗凍能力，使其可以適應(yīng)環(huán)境的變化而保持建筑本身原有的性能。人們一直認為混凝土是耐久性最好的材料，因為混凝土相比于金屬材料不易腐蝕生銹。但是隨著時間的推移，普通混凝土的缺點也日益顯現(xiàn)出來，因此人們在建設(shè)的過程中，通過在混凝土當中添加一定比例的高性能纖維，改善其耐久性能，而耐久性的具體主要是以混凝土的抗?jié)B性及抗凍性體現(xiàn)。

3.1抗?jié)B能力的改善

在實際的建設(shè)當中，在混凝土中添加一定比例的高性能纖維后，一方面，在孔隙之間產(chǎn)生的滲水纖維在混凝土中形成約束力，能夠緊密的連接混凝土內(nèi)部的通道，減少了大孔隙或裂隙的產(chǎn)生，從而使混凝土中的抗?jié)B能力得到加強。另一方面混凝土大量的纖維孔隙之間形成錯綜復雜的網(wǎng)格，不僅使孔隙得到細化，而且大大改善了混凝土的結(jié)構(gòu)，使混凝土硬化后，孔隙之間變得更加曲折，有效的減小了與混凝土表面的連通，導致外界水進入混凝土內(nèi)部需要經(jīng)過復雜的孔隙，有效的阻擋了滲水，使混凝土的滲水性能得到大大的提高，延長了建筑的使用壽命。

3.2抗凍能力的提高

在一定的條件下，通過多次的凍融循環(huán)作用，混凝土的強度及外觀并未受到影響的能力就是混凝土的抗凍能力。這種能力直接影響著建筑所能使用的年限及功能，因此抗凍能力也是衡量混凝土耐久性及長久性的技術(shù)性指標。雖然在目前為止，依然沒有完全弄明白混凝土的凍融具體原理，解決混凝土抗凍革命性的技術(shù)仍需要時日。但是，在已有的技術(shù)條件下，如何提高建筑抗凍性，通過添加高性能纖維確實是一種較為可行的方法。

因為在混凝土當中添加一定比例的高性能纖維，一方面，使細小的縫隙在混凝土中充分的連接，達到一個緊密的狀態(tài)，使水分在其內(nèi)部遷移難度加大，緩解了滲水及靜水壓力，從而使縫隙應(yīng)凍融產(chǎn)生的應(yīng)力擴展到其內(nèi)部，另一方面其內(nèi)部產(chǎn)生的阻力有效的阻止及分散混凝土早期的開裂現(xiàn)象，有效的抑制了凍融所引起的開裂現(xiàn)象，因此使其抗凍性得到提高。

篇3

實驗制備的MTMS氣凝膠為圓片狀,透明度較好。對于厚度為1cm的樣品,其可見光透過率最高可達到58.2%,比Kanamori等[5]制備的彈性氣凝膠略低(其最好透過率在40%~85%之間)。究其原因是由于在第二步中直接加入氨水導致MTMS分子質(zhì)量的原位增長與結(jié)構(gòu)的不均勻性,縮聚物分子質(zhì)量分布較寬,從而使氣凝膠的透明度下降。此外,高溫酒精超臨界干燥會在干燥過程中發(fā)生表面活性基團的反應(yīng)而改變其微結(jié)構(gòu),這同樣會引起透明度下降。因為MTMS三官能團結(jié)構(gòu),氣凝膠骨架表面具有更少的OH和更多的CH3,所以制備的MTMS彈性氣凝膠具有良好的疏水性能,樣品MTMS4與水的接觸角為154°。彈性氣凝膠密度在101~226mg/cm3之間,直徑在3.5~5.6cm之間。制備的傳統(tǒng)SiO2氣凝膠透明度稍低。圖1為樣品的實物照片。表2為樣品的部分物理性能。由SEM照片(圖2a)可以看到,樣品MTMS4具有較均勻的纖維狀納米多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),孔徑大多在50nm以下。而TMOS4為球狀聚合結(jié)構(gòu)(圖2(b))[5]。由比表面積與孔徑分析儀測量樣品的比表面積、孔徑分布和N2吸附脫附曲線,得到樣品MTMS4的比表面積為609m2/g,比樣品TMOS4稍低(樣品TMOS4的比表面積為673m2/g)。圖3(a)為樣品MTMS4的N2吸附脫附等溫線,圖中吸附回線與C類回線較吻合。此類回線表明,氣凝膠孔結(jié)構(gòu)主要是錐形或雙錐形管狀毛細孔。孔徑分布圖(圖3(b))顯示,樣品MTMS4的孔徑主要分布在5~40nm之間,平均孔徑為18.7nm,同時也存在3nm以內(nèi)的微孔。SEM照片和孔徑分布圖都驗證了MTMS氣凝膠具有納米級孔洞結(jié)構(gòu)。圖4為樣品的紅外圖譜,曲線a為MTMS4的紅外圖譜。1632cm-1和3441cm-1處的吸收峰分別源自HOH和OH的振動。兩峰都較小,說明樣品MTMS4的羥基數(shù)量較少。處的吸收峰源自SiC的振動。這兩個較大的峰說明樣品MTMS4中含有較多的甲基。由圖4曲線b可知,樣品TMOS4對應(yīng)的甲基吸收峰相對較小,這說明樣品TMOS4的甲基相對較少。由圖4曲線c可知,MTMS4經(jīng)過500℃處理1h后其甲基已基本去除,紅外圖譜變得與TMOS4基本相同。而400℃處理4h后MTMS4的紅外圖譜基本不變。由此可知,MTMS氣凝膠保持甲基基本不變的耐熱溫度在400℃與500℃之間。

2力學性能

由于孔隙率高及膠粒間交聯(lián)度低,傳統(tǒng)的SiO2氣凝膠脆性很大,所能承受的壓力非常小。而由MTMS制備出的氣凝膠對壓力的承受力得到很大改善,具有良好的彈性性能。樣品的應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖5所示。樣品的壓縮測試參數(shù)如表3所示。樣品TMOS4出現(xiàn)了脆性斷裂的現(xiàn)象,應(yīng)變?yōu)?0%左右時樣品產(chǎn)生了局部開裂;應(yīng)變達到48%時樣品大部分已經(jīng)開裂,未開裂的部分被壓實。而MTMS氣凝膠的應(yīng)力應(yīng)變曲線沒有出現(xiàn)脆性斷裂的現(xiàn)象,表現(xiàn)出更好的韌性。實驗中測試的四個MTMS氣凝膠樣品能壓縮到60%左右而均未開裂,且壓力釋放后樣品都可以部分回復。100℃左右熱處理一段時間后樣品會繼續(xù)回復。其中,密度較大的MTMS3與MTMS2兩個樣品的彈性性能最好,熱處理后幾乎完全反彈。由樣品的應(yīng)力–應(yīng)變曲線及壓力實物圖(圖6)可知,樣品MTMS3表現(xiàn)出良好的彈性性能,其壓縮量為60%,壓力釋放后尺寸能夠回復到壓縮前的70%,100℃熱處理30min后回復到壓縮前的93%。MTMS氣凝膠之所以有較好的彈性性能是因為[6]:(1)每個硅原子上最多只有三個硅氧鍵,交聯(lián)度低,使得MTMS氣凝膠比傳統(tǒng)的SiO2氣凝膠有更大的韌性。(2)低濃度的硅羥基減少了不可逆的收縮。而傳統(tǒng)的SiO2氣凝膠硅羥基數(shù)量較多,當凝膠在常壓干燥過程中收縮時,會進一步形成硅氧鍵,這樣就導致了永久性不可逆收縮,甚至產(chǎn)生不均勻或過大的應(yīng)力而導致開裂。(3)大量的甲基均勻分布在MSQ氣凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中,當受壓發(fā)生收縮時甲基會相互排斥,有利于氣凝膠的回復。熱處理后凝膠能夠繼續(xù)反彈的原因是:當凝膠被壓縮時,其柔軟而連續(xù)的骨架經(jīng)受大的變形而向孔內(nèi)折疊,熱處理后骨架將會膨脹,有利于骨架的舒展進而使凝膠反彈圖7為壓縮模式下MTMS氣凝膠的DMA測試曲線,由圖可知,在相同溫度下密度越大儲能模量越大。在常溫下(35℃),在測試的四個樣品中,MTMS5的儲能模量最小(0.71MPa),MTMS2最大(2.1MPa)。在常溫到230℃之間,氣凝膠材料中物理吸附的水分子逐漸脫去,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基本保持不變,樣品的彈性模量變化幅度較小。其中,溫度低于150℃時有小幅增加,在150~230℃之間略有下降。這與Tanδ在180℃附近有一較大的峰相吻合,該峰表明在這個溫度附近材料經(jīng)歷了軟化的過程[8]。溫度高于230℃時,材料內(nèi)相鄰的殘余硅羥基和硅烷氧基會進一步縮合,生成新的硅氧鍵,增強了氣凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),使樣品的儲能模量都有大幅度的增加,剛性增強。所測樣品在溫度達到350℃時,儲能模量變?yōu)槌叵碌?~3.5倍。其中,MTMS3常溫下的儲能模量為1.5MPa,而350℃下的儲能模量增加到4MPa。

3熱學性能

圖8為樣品MTMS2與TMOS4的DSC/TGA曲線。對于樣品TMOS4,150℃之前有一個較大的失重(大約6%),這主要是由材料內(nèi)水分子的脫附引起的[9]。第二個顯著失重發(fā)生在250~325℃之間,失重約為3%,這是由于材料內(nèi)骨架上殘留的烷氧基被氧化并替代為質(zhì)量更輕的羥基[10]。溫度高于325℃時,由于烷氧基繼續(xù)氧化及硅羥基之間的縮合[11],樣品繼續(xù)失重約5%。溫度達到600℃后,樣品質(zhì)量趨于穩(wěn)定。對于樣品MTMS2,溫度低于250℃時,熱失重很小。在250~325℃之間,失重約為1.5%,小于TMOS4在這溫度區(qū)間的失重。這是由于MTMS三官能團的結(jié)構(gòu)使殘留的烷氧基更少。樣品MTMS4最顯著的失重發(fā)生在437~575℃之間,失重約7%。對應(yīng)的熱流曲線在這溫度區(qū)間連續(xù)出現(xiàn)了七個尖銳的峰。從前面的紅外分析中已經(jīng)得出,MTMS氣凝膠保持甲基基本不變的耐熱溫度在400℃與500℃之間。由紅外圖譜并對照MTMS2與TMOS4熱失重曲線,可以得出,437~575℃之間較大的失重源自MTMS材料內(nèi)骨架上大量甲基由外層到內(nèi)層的逐步分解。并可以進一步確定,MTMS氣凝膠保持甲基基本不變的耐熱溫度在440℃左右。實驗測得樣品的熱導率如表2所示。當密度大于100mg/cm3左右時,MTMS氣凝膠常溫下的熱導率隨著密度的降低而減小。其中MTMS4的熱導率為0.028W/mK,同TMOS4的熱導率相差不大(TMOS4的熱導率為0.027W/(mK))。這說明MTMS氣凝膠同傳統(tǒng)的SiO2氣凝膠一樣,具有良好的保溫隔熱性能。氣凝膠總熱導率為固態(tài)熱導率、氣態(tài)熱導率、輻射熱導率和固體與氣體間耦合熱導率之和[12]。制備的MTMS氣凝膠之所以有低的熱導率是因為:(1)骨架顆粒較小,由纖細的納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組成,因此其固態(tài)熱導率非常小。(2)其孔徑主要分布在10~30nm之間,小于空氣中主要分子的平均自由程(空氣中主要成分N2、O2等分子的平均自由程都在70nm左右)。這樣孔隙內(nèi)的氣體分子很難發(fā)生碰撞,因此當熱量傳遞時產(chǎn)生的氣態(tài)熱傳導很小。(3)在常溫常壓下輻射熱導率對總熱導率的貢獻很小。綜合以上三個因素可知,該氣凝膠的總熱導率較低。

4結(jié)論

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關(guān)鍵詞:高溫；纖維；混凝土；力學性能

我國城市化水平的迅速提高，帶動建筑業(yè)的飛速發(fā)展。房屋密集程度加大，高層超高層建筑越來越多，人口居住密度不斷增大，建筑物發(fā)生火災(zāi)的概率明顯加大。建筑物一旦發(fā)生了火災(zāi)，將給人民群眾的生命財產(chǎn)和安全造成巨大的損失［1，2］。據(jù)統(tǒng)計，現(xiàn)階段我國每年發(fā)生的火災(zāi)中，建筑火災(zāi)占火災(zāi)總數(shù)的一半以上，直接經(jīng)濟損失占火災(zāi)總損失的80%以上［3］。混凝土以其取材方便、制備簡單、適應(yīng)性強等特點，被作為結(jié)構(gòu)的主導材料大量應(yīng)用于土建工程中，并且還將會長期占據(jù)土木工程領(lǐng)域的主導地位。纖維混凝土是以混凝土為基體，以金屬纖維或有機纖維增強材料組成的一種水泥基復合材料，最常見的纖維就是鋼纖維、聚丙烯纖維及二者混雜使用［4～6］。摻入的纖維可以有效地克服混凝土抗拉強度低、易開裂、抗疲勞性能差等固有缺陷［7，8］。聚丙烯纖維混凝土、鋼纖維混凝土及混雜纖維混凝土在工程中實際都有大量的應(yīng)用，因此研究其高溫后的力學性能變化十分有必要。研究普通混凝土、聚丙烯纖維混凝土、鋼纖維混凝土及混雜纖維混凝土在高溫后力學性能的變化及殘余值，對火災(zāi)后建筑物的安全評定及加固提供指導。

1原材料及試驗方法

1．1原材料

江西海螺P•O42．5普通硅酸鹽水泥;江西德安碎石，5～20mm連續(xù)級配;贛江中砂，細度模數(shù)2．7，含泥量0．8%。聚丙烯纖維由長沙博賽特建筑工程材料有限公司提供，性能參數(shù)如表1所示：鋼纖維來自浙江博恩金屬制品有限公司，性能參數(shù)如表2所示。

1．2試驗方法

抗壓強度試件采用100mm×100mm×100mm模具成型，抗折強度試件采用100mm×100mm×400mm模具成型。1d后脫模，在標準養(yǎng)護室中養(yǎng)護至28d齡期進行相應(yīng)測試。高溫爐升溫速度為10℃/min，分別升高至200℃、400℃、600℃和800℃，保持3h以保證試件內(nèi)外溫度一致，加熱結(jié)束后自然冷卻，7d后進行力學性能測試。

1．3混凝土配合比

以強度等級為C40混凝土為研究對象，研究其高溫后力學性能的變化。配合比如表3所示，其中纖維量按照體積摻量摻入。

2結(jié)果與討論

2．1纖維混凝土高溫后抗壓強度變化

普通混凝土及纖維混凝土在20℃、200℃、400℃、600℃和800℃后抗壓強度值及抗壓強度殘余率如圖1、圖2所示。如圖1所示，普通混凝土及纖維混凝土抗壓強度值都隨著溫度的升高而降低，在相同溫度條件下，各組混凝土抗壓強度值的大小都呈現(xiàn)如下規(guī)律:普通混凝土＜聚丙烯纖維混凝土＜混雜纖維混凝土＜鋼纖維混凝土。如圖2所示，普通混凝土及纖維混凝土抗壓強度殘余率都隨著溫度的升高而降低，在相同溫度條件下，各組混凝土抗壓強度殘余率變化規(guī)律與強度值變化規(guī)律有所不同:普通混凝土＜聚丙烯纖維混凝土＜鋼纖維混凝土＜混雜纖維混凝土。這說明纖維混凝土較普通混凝土具有更高的耐高溫性能。不同溫度條件下，各組混凝土受溫度影響也不盡相同。200℃時，普通混凝土抗壓強度殘余率為79%，而纖維混凝土都保持在85%～88%之間;400℃時，普通混凝土抗壓強度殘余率只有54%，纖維混凝土達到70%～73%;600℃時，普通混凝土和聚丙烯纖維混凝土的抗壓強度殘余率為38%左右，鋼纖維混凝土和混雜纖維混凝土抗壓強度殘余率大于50%;800℃時，普通混凝土和聚丙烯纖維混凝土的抗壓強度殘余率為23%左右，鋼纖維混凝土和混雜纖維混凝土抗壓強度仍具有33%殘余。普通混凝土隨著溫度的增加，都呈現(xiàn)出明顯的強度損失;當溫度小于400℃時，纖維混凝土都具有很高的抗壓強度殘余率，當溫度大于400℃時，聚丙烯纖維混凝土抗壓強度殘余率顯著降低;鋼纖維混凝土和混雜纖維混凝土在不同溫度條件下，都具有較高的抗壓強度殘余率。

2．2纖維混凝土高溫后抗折強度變化

普通混凝土及纖維混凝土在20℃、200℃、400℃、600℃和800℃后抗折強度值及抗壓強度殘余率如圖3、圖4所示。如圖3所示，各組混凝土抗折強度值都隨著溫度的升高而降低，在相同溫度條件下，各組混凝土抗折強度值的大小與抗壓強度具有相同規(guī)律，不同的是，鋼纖維混凝土和混雜纖維混凝土的抗折強度明顯高于普通混凝土和聚丙烯纖維混凝土。如圖4所示，各組混凝土抗折強度殘余率都隨著溫度的升高而降低;200℃、400℃和600℃條件下，各組混凝土抗折強度殘余率規(guī)律相同:混雜纖維混凝土＜鋼纖維混凝土＜普通混凝土＜聚丙烯纖維混凝土，溫度為800℃時為:普通混凝土＜聚丙烯纖維混凝土＜混雜纖維混凝土＜鋼纖維混凝土。鋼纖維混凝土和混雜纖維混凝土的抗折強度在各個溫度條件下都明顯大于普通混凝土及聚丙烯纖維混凝土;聚丙烯纖維的摻入使得混凝土抗折強度略有增長，但不明顯;鋼纖維和混雜纖維顯著增加了混凝土的抗折強度。在800℃條件下，鋼纖維混凝土的抗折強度仍大于7MPa，與20℃時普通混凝土抗折強度相差不大(8．3MPa)。

2．3機理分析

混凝土及纖維混凝土在高溫后力學性能發(fā)生明顯變化，究其原因主要分為以下兩方面:一是混凝土自身原因，另一個是不同種類纖維的理化性能不同。200℃時，自由水和物理結(jié)合水逸出，Aft發(fā)生分解，水化產(chǎn)物有所減少，水泥漿的熱膨脹，會導致骨料水泥漿體界面處原始裂紋的發(fā)展，從而導致混凝土強度衰減［9，］。400℃左右時，水泥漿體中的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣開始脫水，同時大量水蒸氣的外逸沖刷和擠脹作用，又擴大了裂紋和孔隙，使水泥漿體中孔隙平均尺寸和微裂紋迅速增大，混凝土力學性能進一步降低。500℃時，水泥石中的氫氧化鈣晶體受熱分解，引起吸熱反應(yīng)，孔隙含量急劇增加［10］;硅質(zhì)骨料中的二氧化硅晶體發(fā)生相而體積膨脹，骨料體積的增加使得骨料與水泥漿體之間的裂縫增大。600℃時，孔隙水完全失去，混凝土宏觀破壞開始，因而其力學性能大幅下降，在600～700℃之間C－S－H凝膠分解［11］。800℃時石灰?guī)r骨料膨脹、開裂，并產(chǎn)生二氧化碳氣體，混凝土強度進一步降低。聚丙烯纖維熔點較低(168℃)，在高溫下熔解而失去作用，但因其液態(tài)體積遠小于固態(tài)所占空間，于是形成眾多小孔隙，并由于聚丙烯纖維分散的均勻性及纖維細小且量又多，使得混凝土內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，孔隙的連通性加強，為混凝土內(nèi)部水分的分解蒸發(fā)提供了通道，從而緩解了由于水分膨脹所形成的分壓，使內(nèi)部壓力大大降低，從而降低了水蒸氣的沖刷和擠脹作用，降低裂紋的擴展［12］。因此在溫度小于400℃時，聚丙烯纖維混凝土強度顯著大于普通混凝土。鋼纖維熔點高，自身力學性能受溫度影響較小，另外，鋼纖維的橋接作用和阻裂作用限制了混凝土在溫度急劇變化和高溫環(huán)境下產(chǎn)生的體積變化，減輕了混凝土內(nèi)部微缺陷的引發(fā)和擴展，使混凝土在高溫條件下表現(xiàn)出較好的力學性能［13］。

3結(jié)論

(1)混凝土及纖維混凝土的抗壓強度、抗折強度及其殘余率都隨著溫度的升高而降低。(2)纖維的摻入對混凝土高溫力學性能具有改善作用，聚丙烯纖維在溫度不超過400℃時改善作用顯著，鋼纖維在800℃時改善作用仍明顯。(3)混雜纖維混凝土高溫后抗壓強度殘余率最高。

參考文獻

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篇5

【關(guān)鍵詞】PVC壓延；復合材料；力學性能

一、PVC壓延柔性復合材料

PVC壓延柔性復合材料是一種新型復合材料，目前被廣泛應(yīng)用在土工膜、廣告燈箱布、蓬蓋及水池布等領(lǐng)域【1】。復合材料的種類很多，依據(jù)物理性能表現(xiàn)可將其分為剛性復合材料和柔性復合材料兩大類。柔性復合材料具有較大的變形范圍，在低應(yīng)力作用下會呈現(xiàn)出較低的剛度性能，在較高的應(yīng)力作用下會呈現(xiàn)出較強的剛度及強度。柔性復合材料具有較小的抗壓縮、拉伸、彎曲能力，較大的變形范圍，應(yīng)用領(lǐng)域較寬廣，用途十分強大，應(yīng)用前景廣闊。

二、PVC壓延柔性復合材料的主要力學性能

1、抗剝離性能

參考德國工業(yè)標準DIN53357實施式樣剝離試驗【2】，采用100%PES紗線原料，采用PVC復合層原料。裁剪試樣為（200×50）mm的矩形，在盛有丙酮的容器中浸泡試樣一端（約50mm），基布與復合層基本分離時取出，輕輕將其分離至75mm，室溫條件下將其晾干進行剝離試驗。剝離速度：100mm/min，夾距設(shè)置為100mm。試驗標準大氣溫度和相對濕度分別為（20±2）℃和（65±2）%。經(jīng)3-5次試樣檢測，試樣規(guī)格、各組剝離強度數(shù)據(jù)等如表1所示。注：Ⅰ、Ⅲ、Ⅲ分別表示不同的壓延底涂工藝。

通過研究表明，①后整理工藝是最重要的產(chǎn)品剝離性能影響因素，實施壓延之前需要先進行基布的表面處理，可有效增強基布和薄膜結(jié)合力，提升產(chǎn)品抗剝離性能。觀察表1可看出，復合材料經(jīng)過底涂工藝，剝離強大于未經(jīng)底涂工藝的復合材料，不同的底涂工藝會對產(chǎn)品剝離性能造成一定的影響。②提升薄膜和薄膜間的接觸面積能夠?qū)a(chǎn)品抗剝離性能有效提升，從表1的試樣1和試樣2中就能體現(xiàn)出來。③織物密度越大，基布和膜的接觸面積越大，剝離強度也就越大。比較表1中的試樣3、4可得。

2、抗撕裂性能

參考英國工業(yè)標準實施符合材料拉伸撕裂試驗【2】。試樣大小：（200×60）mm，舌寬為20mm。舌頭bc采用上夾頭夾持，采用活動夾頭分別夾持ab、cd。采用100%PES纖維紗線原料，采用PVC膜做復合層原料，試驗環(huán)境溫度和相對濕度分別為：（20±2）℃和（65±2）%。經(jīng)3-5次試樣檢測，各組數(shù)據(jù)測試結(jié)果平均值如表2所示。經(jīng)編、機織織物增強復合材料拉伸撕裂曲線如圖3、4所示。

注：YK表示產(chǎn)品為經(jīng)編雙軸向織物基布壓延；YW表示產(chǎn)品為機織平紋基布壓延。

通過研究表明，①機織平紋基布壓延產(chǎn)品被撕裂時，經(jīng)/緯紗線被撕斷的方式為逐跟斷裂，較容易持續(xù)撕裂，撕裂口相對較為整齊；機織平紋織物型復合材料具有較差的抗撕裂性能。②經(jīng)編雙軸向基布壓延產(chǎn)品極易形成撕裂紗線集聚，撕裂外觀較難看，經(jīng)向撕裂產(chǎn)生的紗線集聚情況比緯向撕裂產(chǎn)生紗線集聚性大。因為捆綁紗是纏繞在襯經(jīng)紗上，因此會和襯經(jīng)紗同時承受撕裂力、拉伸力，對襯緯紗產(chǎn)生的束縛力極小。壓延產(chǎn)品結(jié)構(gòu)相似情況下，經(jīng)編雙軸向織物比機織平紋織物更容易增強其抗撕裂強度。③紗線強度和撕裂強度成正比關(guān)系。在撕裂試驗中，捆綁紗強度對織物撕裂強度產(chǎn)生了重要影響，經(jīng)向撕裂和緯向撕裂都是造成捆綁紗拉伸斷裂的過程。④織物密度增加，也增加了受力紗線的根數(shù)，將會提升撕裂強度。所以紗線強度相同的情況下，經(jīng)緯紗密度越大，經(jīng)緯向撕裂強度越高。⑤后整理工藝可以將經(jīng)編雙軸向織物紗線滑移現(xiàn)象降低，實施壓延整理后，復合材料的撕裂強度有一定程度下降。增大復合層、基布粘結(jié)力，可控制襯經(jīng)紗和襯緯紗的滑移，一定程度的降低撕裂強度。⑤織物、復合材料的撕裂強度、斷裂拉伸強度的一致性、相關(guān)性較好，拉伸斷裂強度高，則表明撕裂強度也越高。

三、總結(jié)

通過實驗研究分析了PVC復合材料的抗剝離性能和抗撕裂性能，發(fā)現(xiàn)織物的密度、后整理工藝對復合材料的抗剝離性能和抗撕裂性能均有一定的影響。同時還應(yīng)注意原料選擇，充分認識PVC壓延柔性復合材料的力學性能，促進復合材料的有效應(yīng)用。

參考文獻

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關(guān)鍵詞：保溫砌塊；秸稈表面改性；力學性能

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.07.264

1 引言

我國是農(nóng)業(yè)大國，隨著農(nóng)業(yè)科學技術(shù)的進步與發(fā)展，我國的糧食產(chǎn)量逐年增高，隨之而來的秸稈問題也日益突出。有數(shù)據(jù)表明，我國每年產(chǎn)生的各類秸稈廢棄物近6億噸，其中稻草和玉米秸稈產(chǎn)量約占秸稈總量的一半。農(nóng)作物秸稈約有60%以上直接還田或被焚燒，這不僅造成了資源的浪費，還嚴重污染環(huán)境[1]。如何實現(xiàn)秸稈的資源化利用，是當今所面臨的重要問題。

將秸稈應(yīng)用到建筑材料中，最大限度的變廢為寶，是科研工作者所面臨的首要問題。秸稈復合型保溫砌塊墻體技術(shù)在我國日趨成熟，各種秸稈保溫砌塊的性能、特點、制備都有不同程度的研究。然而，各類秸稈復合保溫砌塊的性能又存在著不同的差異，從而導致秸稈復合型保溫砌塊至今無法得出較普遍性規(guī)律。為此，本文試通過對現(xiàn)有的秸稈復合保溫砌塊進行綜合對比分析，總結(jié)出各秸稈保溫砌塊性能的共性與差異性，以期望找到不同成份組成的保溫砌塊與其性能差異之間的某種聯(lián)系，為后續(xù)研究提供借鑒思路。

2 秸稈纖維的加工處理

2.1 秸稈的表面改性處理實驗對比

當前，摻入秸稈的保溫砌塊制備環(huán)節(jié)上，面臨著膠合強度問題，如何除去秸稈表面的角質(zhì)蠟狀膜和非極性抽提物以及二氧化硅，從而提高膠凝劑的膠合強度是制備秸稈保溫砌塊的關(guān)鍵技術(shù)之一[2]。

表1為六種秸稈纖維改性處理實驗方法對比。通過對比分析可知，雖然六種實驗處理方法不同，且各有優(yōu)點，但實驗的共性均是破壞秸稈纖維表面結(jié)構(gòu)，來增強秸稈的力學、化學性質(zhì)及與其他材料的復合性。

2.2 秸稈表面改性處理方法

本文通過研究現(xiàn)有的實驗方法，總結(jié)出可行性較強的五種秸稈表面改性處理方法，見表2。分別為物理加工法[3]、化學加工法[4]、濕熱加工法、機械加工法和生物加工法。化學加工法主要是通過極性溶液降低秸稈纖維表面的蠟狀物質(zhì)和非極性物質(zhì)，從而提高活性位點，以達到較好膠合效果。如Wayne[5]通過酸性極性溶液對小麥秸稈進行化學加工處理和Edeerozey[6]通過堿性極性溶液，對紅麻纖維進行改性處理，均達到理想效果。

機械加工法相對于其他幾種方法，最大的優(yōu)勢在于工藝簡單，用機械切割機切割處理即可達到工藝要求。濕熱加工法通過降解蠟狀物質(zhì)與半纖維素可以有效的提高秸稈與膠凝劑的結(jié)合強度，使得秸稈保溫砌塊材料的力學性能顯著提高，但濕熱加工法能耗較高及廢水處理的問題也待解決。

物理加工法主要目的是提高秸稈表面的潤濕性能，可通過改變自由基濃度和微觀構(gòu)造得以實現(xiàn)，此種方法具有勻稱、干凈、易于節(jié)制的特點，但獨自使用效果不佳，需與其它方法配合使用才能達到最優(yōu)。生物加工法主要利用微生物和酶液分解秸稈表面的化學物質(zhì)，造成表面粗糙度增高，進而達到表面極性的提高，和其他幾種方法相比較具有耗能少、污染少、復雜條件少等優(yōu)點，但處理工藝相對繁瑣，過程控制較難。

3 秸稈保溫砌塊性能對比

我國在秸稈保溫砌塊復合材料的研究和應(yīng)用起步較晚，上世紀80年代左右，我國南方地區(qū)才出現(xiàn)利用蔗渣制造硬質(zhì)纖維板和刨花板的工廠體系[7]。近幾年，中國林科院、吉林建筑大學和南京林業(yè)大學等科研院校也逐漸對這項技術(shù)進行了研究和開發(fā)，他們利用麥秸和稻秸以及棉桿燈非木質(zhì)材料作為建筑原材料，研制出物理特性優(yōu)良、力學性能達標的中密度纖維板或混凝土砌塊。本文對比了近幾年效果較好的秸稈保溫砌塊的實驗，分別如下：

實驗一，試驗將頁巖燒結(jié)磚作為原料組分，在其中添加秸稈等廢料，按一定的配合比，經(jīng)過加工成型，最后制得具有較好的保溫和力學性能的頁巖燒結(jié)砌塊。

實驗二，將成型的混凝土空心砌塊孔模型內(nèi)，加入秸稈壓縮試塊，通過加工工藝，制得混凝土秸稈保溫砌塊，測試結(jié)果表明，該混凝土秸稈砌塊具有良好的保溫性。

實驗三，以玉米秸稈為主要原材料，其膠凝材料選用經(jīng)過改性的耐水氯氧鎂水泥，并添加具有一定活性的粉煤灰材料，搭配以防潮，防腐等改性劑，經(jīng)過一定工藝，最后制得玉米秸稈纖維保溫砌塊。通過檢測，該保溫砌塊在保溫、力學等各性能方面展現(xiàn)出非常良好的特性。

實驗四，先將各類粉碎并烘干的秸稈與膠凝材料石膏、水等不同比例配比成型，通過測試各砌塊保溫系數(shù)，合理地分析秸稈-粉煤灰保溫砌塊的配合比。

本文針對保溫砌塊性能方面，對比研究了以下四種常見的秸稈復合型保溫砌塊的力學性能、保溫性能等特性。

從表3可看出，各類秸稈復合型保溫砌塊，無論從抗壓、抗折等力學性能上分析，還是從保溫性能上總結(jié)，均比未摻加秸稈的保溫砌塊的效果明顯增強，而這以網(wǎng)狀高純度二氧化硅為骨架，裹挾一層致密的纖維素的秸稈，也因此孔隙度大，抗腐蝕能力強，保溫性好，秸稈擁有很好的韌性，一定的強度。

可是，@并不意味著秸稈摻量越多越好，無論是秸稈粉末還是破碎處理的秸稈，如圖1，隨著秸稈摻量的逐漸增加，材料的抗折強度一開始呈上升趨勢，當秸稈摻量超過10%左右，其抗折強度急劇降低；如圖2，當摻入秸稈時刻起，隨著摻量的增加，材料所體現(xiàn)出來的抗壓強度就開始一直呈下降趨勢。由此可以得出以下結(jié)論，秸稈摻量一旦超過一定的限度，體系內(nèi)的膠凝材料不足以將其充分包裹，隨著抽出物的增多，將會影響其界面的粘結(jié)度，從而使其力學強度下降。

通過比較上述各類秸稈復合型保溫砌塊材料，可以看出，以破碎玉米秸稈為秸稈纖維，其中加入粉煤灰、礦渣與氯氧鎂水泥復合的保溫砌塊，其力學性能尤為突出，通過分析，其采用的氯氧鎂水泥中的MgO能與礦渣中的二氧化硅反應(yīng)生成MgSiO2，該MgSiO2屬于水硬性，而且，鎂水泥水化過程中的孔隙，加入的礦渣恰好可以將其填充，鎂水泥經(jīng)改性后彼此交聯(lián)，使得結(jié)構(gòu)密實，結(jié)構(gòu)也更加穩(wěn)定，這樣一來，也大大增加了材料的強度，這也使得其力學性能高于其他類秸稈-混凝土水泥復合砌塊。而分別利用頁巖燒結(jié)磚和普通混凝土水泥復合的秸稈保溫砌塊雖然沒有很高的力學性能，相對來說抗壓、抗折強度稍遜于秸稈-鎂水泥復合保溫砌塊，但其均能達到5Mpa左右的強度也符合國家標準[8]。

就保溫性能而言，頁巖燒結(jié)磚秸稈保溫砌塊中，由于靜止空氣是熱的不良導體，秸稈粉末添加比例較少時，密閉的孔隙分布相對均勻，能阻礙導熱，一定程度上增大了砌塊的熱阻，也能夠增強砌塊的保溫，一旦添加過量，材料內(nèi)部缺少熔融晶體的連接隔斷，從而使各細小孔隙相連，導致空氣容易因溫差發(fā)生對流，這就會在一定程度上影響自身的保溫效果；夾心秸稈混凝土與內(nèi)填充粉煤灰秸稈-石膏保溫砌塊保溫墻體的傳熱系數(shù)均在1 W/（m2?K）左右，其共同原理為在空心混凝土砌塊中加入秸稈復合漿體，而后者多添加的粉煤灰中含有相當高的無定性硅質(zhì)材料，比表面積大，在一定程度上增強了保溫效果，這也給后者傳熱系數(shù)稍低于前者作出了一定的解釋；而相較于秸稈-鎂水泥復合的粉煤灰礦渣保溫砌塊，其保溫性能尤為突出，一方面，添加其中的粉煤灰的作用不言而喻；另一方面，從秸稈微觀結(jié)構(gòu)來看，秸稈為多孔結(jié)構(gòu)，鎂水泥的水化產(chǎn)物可以將其包裹，鎂水泥內(nèi)部孔隙就會被封閉起來，從而添加秸稈有利于增強保溫砌塊，同時，秸稈與鎂水泥基體之間會緊密結(jié)合起來，秸稈纖維中有大量羥基，有較強的親水性，而鎂水泥水化過程中加入的秸稈可以和氯氧鎂水泥更好的結(jié)合，使其保溫性能得到更深層次的加強，因而使得秸稈鎂水泥復合保溫砌塊的保溫性能遠超于其他同類秸稈保溫砌塊。

4 結(jié)語

循環(huán)再利用的材料代替已有工業(yè)化的建筑材料，是未來建筑材料的趨勢，而秸稈保溫砌塊材料的耐久性是重點研究課題之一，本文通過對比研究得出以下結(jié)論。（1）除去秸稈表面的角質(zhì)蠟狀膜和非極性抽提物以及二氧化硅，從而提高膠凝劑的膠合強度是制備秸稈保溫砌塊的關(guān)鍵技術(shù)之一。（2）現(xiàn)今表面改性方法主要為化學加工法、物理加工法、濕熱加工法、機械加工法和生物加工法。（3）傳熱系數(shù)隨秸稈加入增多而增大，砌塊抗折強度隨秸稈量加入先增大后減小，秸稈加入量增加5%左右強度減小10%。應(yīng)根據(jù)砌塊使用功能合理設(shè)計配合比。

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篇7

關(guān)鍵詞：氫損傷；低碳鋼；斷口；魚眼；夾雜物

The Effect of Hydrogen on Low Alloy Steel Pipe Mechanical Properties

Xiaolin Liu, (Konzen Environment (Tianjin) Co., Ltd, Research and Development Department, 300190)

Zhiyuan Zhang, (Tianjin Pipe (Group) Corporation technology center, Tianjin 300301)

Abstract: In this paper, the effect of hydrogen on steel pipe mechanical property had been done, the results reveal that after hydrogen permeating treatment, the yield strength and yield ratio were increased, reduction of cross-sectional area and impact were decreased. There are some fish-eyes on tensile fracture after hydrogen permeating treatment, on the center of fish-eye there are some inclusions including calcium aluminate, calcium sulfide, magnesium aluminum spinel and niobium carbide. Method A test which crack source on the sample surface was failure. The reason of that is related to some inclusions nearby surface.

Key words: hydrogen damage; low carbon steel; fracture; fish-eye; inclusion

中圖分類號： TU511.3+7 文獻標識碼： A

1前言

碳鋼和合金鋼在受到應(yīng)力及腐蝕環(huán)境共同作用時發(fā)生的斷裂是最危險的破壞形式之一，可稱之為在含有硫化氫環(huán)境下的應(yīng)力腐蝕斷裂，通常發(fā)生在油氣田、煉油行業(yè)及其廢氣、廢水處理行業(yè)。硫化氫加速鋼的均勻腐蝕和點蝕，最終導致氫致開裂和應(yīng)力腐蝕斷裂[1-4]，特別是濕的H2S對鋼材具有很強的腐蝕性。因此, 對H2S應(yīng)力腐蝕進行試驗研究，以便對管道進行選材和采取必要的防護措施[5]。本系列試驗在不施加應(yīng)力情況下對鋼材進行滲氫處理，而后進行力學性能試驗，部分試驗結(jié)果可推演到硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂機理，根據(jù)試驗研究結(jié)果改進、優(yōu)化生產(chǎn)工藝流程，具有重要的現(xiàn)實意義。

本文對中低碳鋼管經(jīng)過滲氫處理不同時間后屈服強度、抗拉強度、沖擊韌性及斷面收縮率等力學性能的變化、氫脆斷口分析等進行了分析。

2試驗材料和方法

試驗材料為抗硫化氫腐蝕低碳低合金鋼管，管材規(guī)格為φ177.8×12.65mm。滲氫試驗環(huán)境為：NACE TM0177-2005標準A溶液（5％NaCl＋0.5％CH3COOH＋蒸餾水），溶液用高純氮氣充分除氧后通入硫化氫氣體至飽和，試驗過程持續(xù)通入硫化氫氣體，維持溶液中硫化氫氣體飽和狀態(tài)。分別取八組圓形拉伸、沖擊（橫沖、縱沖）試樣，圓拉試樣采用大試樣，其中橫向沖擊試樣尺寸為10×5mm，縱向沖擊試樣為10×10mm。在飽和硫化氫A溶液中浸泡不同時間，而后分別進行力學性能試驗，并與未經(jīng)過浸泡的原始態(tài)鋼管性能進行比較。

用德國SCHENCK力學拉伸試驗機進行力學性能試驗；德國ZEISS公司掃描電子顯微鏡（SEM）和美國EDAX公司 能譜儀對拉伸及沖擊斷口進行分析。

3試驗結(jié)果及討論

3.1 滲氫對力學性能的影響

圖1為氫對抗硫化氫腐蝕鋼管力學性能的影響試驗結(jié)果，橫坐標均為滲氫時間（天）。與原始狀態(tài)相比較，經(jīng)過飽和硫化氫A溶液滲氫處理后，鋼管的屈服強度從原始864MPa增加到890MPa左右，而抗拉強

圖1 氫對鋼管力學性能的影響 (a) 抗拉、屈服強度(b) 橫向、縱向沖擊 (c) 斷面收縮率

Fig. 1 Effect of hydrogen on steel pipe mechanical property(a) Tensile and yield strength

(b) Transverse and longitudinal impact (c) Reduction of cross-section area

表1 滲氫時間對屈強比的影響

Tab 1 Yield ratio showing the effect of hydrogen permeation time

浸泡時間（天） 0 1 2 3 5 9 14 20 30

屈強比 0.932 0.957 0.944 0.957 0.945 0.957 0.968 0.952 0.960

度未見明顯變化，見圖1（a）。滲氫后屈強比從原始0.932增加到0.955，試驗結(jié)果見表1。圖1（b）為橫、縱向沖擊功隨滲氫時間的變換，縱向全尺寸10×10mm試樣沖擊功從原始狀態(tài)的170J減少到約150J ，橫向10×5mm試樣沖擊功從52J減少到約43J。氫對鋼管斷面收縮率的影響見圖1（c），滲氫處理后管材斷面收縮率明顯降低，從原始狀態(tài)69％下降到55％左右。力學性能對比結(jié)果可見，滲氫后鋼管的屈服強度、屈強比增加，沖擊功、斷面收縮率減小，材料韌性變差。

3.2 滲氫后拉伸斷口特征

鋼鐵材料在外力作用下因強烈滑移位錯堆積，在變形大的區(qū)域產(chǎn)生許多纖維空洞；或因夾雜物破碎，夾雜物和基體金屬界面的破碎而形成許多微小孔洞。孔洞在外力作用下不斷長大、聚集形成裂紋直至最終分離，這種斷裂方式稱為微孔聚集型斷裂，其斷口稱韌窩斷口。韌窩斷口的宏觀形貌特征是具有纖維狀

圖2原始拉伸斷口(a) 宏觀形貌 (b) 纖維區(qū) (c) 剪切唇

Fig. 2 The original tensile fracture (a) Macroscopic (b) Fibrous zone (c) Shear lip

和剪切唇等標記[6]。原始未經(jīng)滲氫處理光滑圓試樣的拉伸斷口中，纖維區(qū)位于斷口的中央，粗糙不平，見圖2（a）。夾雜物與基體形成的纖維區(qū)是由無數(shù)纖維狀“小峰”組成，“小峰”的小斜面和拉伸軸線大約成45°角，拉伸斷口上夾雜物形成的孔洞及韌窩見圖2（b）。剪切唇部位因受到非復合應(yīng)力作用，夾雜物處形成孔洞及拉長韌窩，見圖2（c）。

NACE TM0177標準A溶液通入硫化氫氣體至飽和，并持續(xù)通入硫化氫氣體以維持飽和狀態(tài)，試樣滲氫一天后拉伸斷口形貌見圖3。拉伸斷口芯部由韌窩及魚眼氫脆準解理組成，斷口邊緣為剪切唇，低倍照片見圖3（a）。魚眼中均發(fā)現(xiàn)有塊狀夾雜物，能譜分析表明夾雜物包括鋁酸鈣、硫化鈣、鎂鋁尖晶石和碳

圖3滲氫一天后拉伸斷口(a) 低倍形貌 (b) 魚眼及夾雜 (d) 剪切唇

Fig. 3 Tensile fracture after hydrogen permeation one day (a) Macroscopic (b) fish eyes and inclusions (d) Shear lip

氮化鈮等，魚眼狀斷口及其中夾雜物放大形貌見圖3（b）。剪切唇區(qū)也可見魚眼特征，且每個魚眼芯部均有塊狀夾雜物，圖3（c）魚眼特征斷口為（a）剪切唇區(qū)矩形方框內(nèi)局部放大形貌。

鋼管管體縱向取樣，靠近內(nèi)壁一側(cè)金相組織可觀察到帶狀成分偏析。管體橫向沖擊試驗后得到縱向斷口，帶狀偏析區(qū)因塑性變形能力與其他基體部位不同，在沖擊斷口上斷口形態(tài)不同。滲氫三天后，在縱向斷口低倍形貌上可見兩條較明顯深色帶狀成分偏析區(qū)，與基體部位斷口相比較，帶狀偏析區(qū)塑性較差。對斷口局部放大形貌觀察，可見偏析區(qū)內(nèi)有較多的塊狀夾雜物，能譜分析表明多為碳氮化物。帶狀偏析區(qū)成因主要是鋼在凝固過程中的成分偏析，與煉鋼過程中其它氧化物、硫化物各類夾雜物成因不同，所以偏析帶中未發(fā)現(xiàn)有鋁酸鈣、硫化鈣、鎂鋁尖晶石等夾雜物。

滲氫后對鋼管縱向沖擊斷口形貌分析，縱向沖擊試樣對應(yīng)鋼管橫向斷口，可見因帶狀偏析而形成的紋理，偏析區(qū)有碳氮化物等夾雜物偏聚。隨著滲氫時間的增加，沖擊斷口韌性特征降低，氫脆解理特征逐漸增多，縱向沖擊數(shù)值逐漸減小，數(shù)值分別為149J，142J，136J，鋼管韌性降低。

經(jīng)滲氫處理后，有些試樣低倍形貌拉伸斷口表面呈現(xiàn)魚眼特征，從試樣表面魚眼特征局部放大形貌可見魚眼芯部有團塊狀夾雜物。NACE TM0177標準A法單軸拉伸試驗失效分析，時常可見斷口裂紋源位于表面，但因試驗過程中腐蝕氣氛對斷口侵蝕嚴重，故通常情況下在表面裂紋源只觀察到腐蝕坑。滲氫系列試驗是在不加載應(yīng)力情況下在腐蝕環(huán)境中滲氫處理，而后拉伸斷裂；A法單軸拉伸試驗條件為腐蝕環(huán)境＋恒定載荷。兩者采用的腐蝕環(huán)境相同。根據(jù)氫損傷拉伸斷口及應(yīng)力腐蝕A法失效試樣斷口形貌對比可以推斷，硫化氫A法單軸拉伸試驗失效斷口成因很可能是試樣近表面夾雜物。

研究結(jié)果表明，為使鋼抗硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂性能達到標準要求，需準確控制合金元素比率，嚴格控制S、P、Sb、As、Sn等元素含量；控制非金屬夾雜物的數(shù)量、形態(tài)和偏聚，軋制形變硬化程度；嚴格控制熱處理工藝，以達到性能均勻和顯微組織均勻等[7]。同時應(yīng)改進優(yōu)化煉鋼生產(chǎn)工藝，嚴格控制各類夾雜物數(shù)量；連鑄采取有效措施盡量減小連鑄坯成分偏析；針對不同鋼種探索雙調(diào)質(zhì)、二次回火等熱處理工藝。

4結(jié)論

(1) 滲氫后鋼管的屈服強度升高，屈強比增加，斷面收縮及沖擊性能降低，材料脆性增大；

(2) 滲氫后拉伸斷口呈魚眼特征，魚眼中心有鋁酸鈣、硫化鈣、鎂鋁尖晶石及碳氮化鈮等夾雜物；

(3) 對于開裂源位于試樣表面的應(yīng)力腐蝕A法單軸拉伸試樣早期失效可能與近表面夾雜物有關(guān)。

參考文獻

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Oriani, R. A., Hirth, J. P., Smialowshi, M. Hydrogen degradation of ferrous alloys. Noyes publication.

篇8

關(guān)鍵詞：電子精密管；界面；力學性能

中圖分類號： TG115 文獻標識碼： A

1精密管概述

精密管是一種通過冷拔或冷軋工藝生產(chǎn)的高精密度、高光亮度的無縫鋼管。其內(nèi)外徑尺寸可精確至0.2mm以內(nèi)，在搞彎、抗扭強度相同時，重量較輕，所以廣泛用于制造精密機械零件和工程結(jié)構(gòu)。

精密管特點：外徑更小；精度高可做小批量生產(chǎn)；冷拔成品精度高，表面質(zhì)量好；鋼管橫面積更復雜；鋼管性能更優(yōu)越，金屬比較密。

根據(jù)精密管產(chǎn)生脆性的回火溫度范圍，可分為低溫回火脆性和高溫回火脆性。精密管低溫回火脆性 合金鋼淬火得到馬氏體組織后，在250～400℃溫度范圍回火使鋼脆化，其韌性一脆性轉(zhuǎn)化溫度明顯升高。已脆化的精密管不能再用低溫回火加熱的方法消除，故又稱為%26ldquo;不可逆回火脆性%26rdquo;。它主要發(fā)生在合金結(jié)構(gòu)鋼和低合金超高強度精密管等鋼種。已脆化精密管的斷口是沿晶斷口或是沿晶和準解理混合斷口。產(chǎn)生低溫回火脆性的原因，普遍認為：(1)與滲碳體在低溫回火時以薄片狀在原奧氏體晶界析出，造成晶界脆化密切相關(guān)。(2)雜質(zhì)元素磷等在原奧氏體晶界偏聚也是造成低溫回火脆性原因之一。含磷低于0.005%的高純精密管并不產(chǎn)生低溫回火脆性。磷在火加熱時發(fā)生奧氏體晶界偏聚，淬火后保留下來。磷在原奧氏體晶界偏聚和滲碳體回火時在原奧氏體晶界析出，這兩個因素造成沿晶脆斷，促成了低溫回火脆性的發(fā)生。

精密管中合金元素對低溫回火脆性產(chǎn)生較大的影響。鉻和錳促進雜質(zhì)元素磷等在奧氏體晶界偏聚，從而促進低溫回火脆性，鎢和釩基本上沒有影響，鉬降低低溫回火精密管的韌性一脆性轉(zhuǎn)化溫度，但尚不足以抑制低溫回火脆性。硅能推遲回火時滲碳體析出，提高其生成溫度，故可提高精密管低溫回火脆性發(fā)生的溫度。

膨脹系數(shù)檢查的方法可以用肥皂水抹在退火爐各個接頭縫隙處，看是否跑氣；其中最容易跑氣的地方是退火爐進管子的地方和出管子的地方，這個地方的密封圈特別容易磨損，要經(jīng)常檢查經(jīng)常換。提出了冷彎成型前對無錫精密鋼管進行預(yù)處理的工藝方案;研究分析了正火溫度、保溫時間和冷卻方式對原料管組織和力學性能的影響規(guī)律;確定了無錫精密鋼管的常規(guī)正火工藝:加熱(890±10)℃,保溫6min后散置空冷。常規(guī)正火工藝可完全消除無錫精密鋼管的魏氏組織,使其屈服強度和抗拉強度的匹配更加合理,屈強比σS/bσ≤0.78,延伸率5δ≥30%,冷成型性能大幅度提高并避免出現(xiàn)冷彎開裂現(xiàn)象。膨脹系數(shù)可以用體積或者是長度表示，通常是用長度表示。密度物質(zhì)的密度是該物質(zhì)單位體積的質(zhì)量，單位是kg/m3或1b/in3。殘余拉應(yīng)力主要來自設(shè)備在焊接過程中產(chǎn)生的殘余拉應(yīng)力。當前，工程上廣泛采用焊接冷卻后進行退火處理消除殘余應(yīng)力，而焊后冷卻是殘余應(yīng)力產(chǎn)生的重要過程，這種做法既浪費了能源又容易產(chǎn)生較大的焊接殘余應(yīng)力。焊接后熱處理是一種新的消除殘余應(yīng)力技術(shù)。焊前將無錫精密鋼管預(yù)熱至后熱處理溫度并在焊接過程中對焊件持續(xù)加熱保持這一溫度，焊接完成后使用保溫棉對其進行保溫使其緩慢冷卻。淬火能增加鋼管的強度和硬度，但要減少其塑性。淬火中常用的淬火劑有水、油、堿水和鹽類溶液等。無錫精密鋼管的回火將已經(jīng)淬火的無錫精密鋼管重新加熱到一定溫度，再用一定方法冷卻稱為回火。其目的是消除淬火產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，降低硬度和脆性，以取得預(yù)期的力學性能。回火分高溫回火、中溫回火和低溫回火三類。回火多與淬火、正火配合使用。調(diào)質(zhì)處理淬火后高溫回火的熱處理方法稱為調(diào)質(zhì)處理。

鋼管內(nèi)外壁高精度、高光潔度，熱處理后鋼管無氧化層，內(nèi)壁清潔度高，鋼管承受高壓，冷彎不變形，擴口、壓扁無裂縫，能作各種復雜變形及機械加工處理。鋼管顏色：白中帶亮，具有較高金屬光澤。 汽車、機械配件等用對鋼管的精度、光潔度有很高要求的機械。而現(xiàn)在的精密鋼管用戶不僅僅是對精度、光潔度要求比較高的用戶了，因精密光亮管精度高，公差能保持在2--8絲，所以很多機械加工用戶為了節(jié)省工、料、時的損耗，將精密光亮無縫管或者圓鋼正慢慢的轉(zhuǎn)變?yōu)榫芄饬翢o縫鋼管。

2電子精密管材料的力學性能試驗

材料的力學性能指標是控制材料質(zhì)量的重要參數(shù)。材料的常規(guī)力學性能通常是指強度、彈塑性、韌性和硬度等。每種金屬材料，除了規(guī)定的其化學成分范圍之外，還對它在一定狀態(tài)下的力學性能指標作出較詳細的規(guī)定，這些性能指標不僅是結(jié)構(gòu)設(shè)計、選材的基本依據(jù)，也是材料研發(fā)、工藝評定及內(nèi)外貿(mào)易定貨的主要依據(jù)。現(xiàn)階段測量金屬材料力學性能的試驗一般有拉伸實驗、彎曲試驗、沖擊試驗和硬度實驗等。通過這些實驗，就可獲知所測金屬的一般力學性能指標，如彈性模量、屈服強度、抗拉強度、硬度、沖擊韌度等。

2.1布氏硬度試驗

金屬的硬度表示金屬材料表面在接觸應(yīng)力作用下抵抗塑性變形的一種能力，硬度測量定量地給出金屬材料的軟硬程度。金屬材料在其表面以下不同深處所承受的應(yīng)力和所發(fā)生的變形程度都不同，所以硬度值用來綜合地反映壓痕附近局部體積內(nèi)金屬的彈性、塑變強化能力、微量塑變抗力以及形變抗力等。硬度值越大，說明金屬抵抗塑性變形的能力越大，材料就越難產(chǎn)生塑性變形。此外，硬度值與其他機械性能之間有著一定的內(nèi)在聯(lián)系，因此，從某種意義上來說，硬度值的大小對機械零件或工具的使用壽命具有決定性的意義。

布氏硬度的試驗原理，以一定大小的載荷P(kgf或N)將直徑為D的球形壓頭壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時間后卸除載荷，根據(jù)壓痕的表面積A (mm2)，計算出單位面積上所承受的載荷，并以此來表征硬度。

實驗室中制取電子精密管材料的布氏硬度試樣，試樣表面光滑，厚度為7mm。對試樣從內(nèi)層管到外層管依次進行布氏硬度試驗。

從試驗結(jié)果分析，電子精密管材料基層的布氏硬度值為198-214HB，過渡層的硬度值為153-198HB，覆層的布氏硬度值為128-153HB。

2.2夏比缺口沖擊試驗

夏比缺口沖擊試驗也稱為大能量一次沖擊試驗，常用于表征材料沖擊性能和行為，可用來測定材料的沖擊韌度，評定材料的韌脆性質(zhì)。夏比缺口沖擊試驗的原理是:將待測定的材料先制備成帶缺口的標準試樣，然后放置在試驗機支座上，缺口位于沖擊相背方向，并使缺口位于支座的正中間位置；將質(zhì)量為G的擺錘舉至一定的高度h，使其獲得勢能Gh，再將擺錘釋放，擺錘下落至最低位置時試樣被沖斷，剩余的動能會將擺錘再揚起一定高度h'，即試樣被沖斷后擺錘剩余的能量為Gh' 。試樣被沖斷時所用的能量稱為沖擊功，以A表示。Ak=G (h-h' )。

用沖擊功除以試樣缺口截面積A0的值定義為沖擊韌度，以ak表示。沖擊韌度用來表征材料在沖擊載荷作用下抵抗變形和斷裂的能力。ak值的大小表示材料的韌性的好壞，一般把ak值低的材料稱為脆性材料，ak值高的材料稱為韌性材料，ak值越高，說明材料的韌性越好。

電子精密管材料比單金屬具有更大的沖擊功和沖擊韌度。這說明電子精密管材料的韌性顯著優(yōu)于單金屬；與電子精密管相比，單金屬更易發(fā)生脆性破壞而斷裂。

2.3單向靜拉伸試驗

單向靜拉伸試驗是指在室溫、大氣環(huán)境中，對長棒狀試樣(橫截面可為圓形或矩形)沿軸向緩慢施加單向拉伸載荷，使其伸長變形直到斷裂的過程。對試樣加載的試驗機有多種類型，一般帶有載荷傳感器、位移傳感器和自動記錄裝置。可把作用于試樣上的載荷(力)及所引起的伸長量自動記錄下來， 繪出載荷―伸長曲線，簡稱拉伸曲線或拉伸圖。除可以得到載荷―伸長曲線外，還可直接繪出工程應(yīng)力與工程應(yīng)變的關(guān)系曲線，簡稱應(yīng)力―應(yīng)變曲線。應(yīng)力一應(yīng)變曲線是表征材料拉伸行為的重要資料，可由它獲得基本的拉伸性能指標。

電子精密管比單金屬更易發(fā)生屈服，而其抗拉強度略小于單金屬。這是因為電子精密管的屈服強度要小于單金屬，所以在拉伸過程中電子精密管的內(nèi)層先發(fā)生屈服，這樣就降低了整個管體的屈服強度。

參考文獻：

[1]先越蓉.俄羅斯雙金屬生產(chǎn)和應(yīng)用概述[N].世界金屬導報,2010

篇9

[關(guān)鍵詞] 金鉑烤瓷合金； 反復熔鑄； 力學性能

[中圖分類號] R 783.2 [文獻標志碼] A [doi] 10.7518/hxkq.2013.04.020

Physical properties of Au-Pt ceramic alloy after recasting Cheng Hui1， Yang Song1， Li Xiurong2， Wu Weiqing3， Zheng Ming1， Wang Yinghui1. （1. Dept. of Prosthodontics， Affiliated Stomatological Hospital， Fujian Medical Univer-sity， Fuzhou 350002， China； 2. Dental Tech. Center， Affiliated Stomatological Hospital， Fujian Medical University， Fuzhou 350002， China； 3. Test Center， Fuzhou University， Fuzhou 350002， China）

[Abstract] Objective To investigate the influences of recasting on the mechanical properties of Au-Pt ceramic alloy. Methods Au-Pt ceramic alloy samples were prepared and recast for 3 times without adding any new Au-Pt ceramic alloy. The tensile strength， 0.2% yield strength， percentage of elongation， flexural strength， flexural modulus and Vickers hardness of each specimen were measured. Results Being cast for different times， the Au-Pt ceramic alloy showed no significant differences on their tensile strength， 0.2% yield strength， percentage of elongation， flexu-ral strength or Vickers hardness. The flexural modulus of the Au-Pt alloys being cast for 2 or 3 times was signifi-cantly higher than that of the alloys being cast for 1 time（P

[Key words] Au-Pt ceramic alloy； recast； physical properties

金瓷修復體因為兼有金屬材料的強度以及陶瓷材料的美觀，已成為目前口腔修復中應(yīng)用最廣泛的臨床修復體。其中，金鉑烤瓷合金因為其具有優(yōu)秀的物理、化學及生物學性能，在臨床上的使用逐漸增多。由于口腔傳統(tǒng)鑄造工藝的限制，鑄造后形成了鑄道、底座、儲金球等金鉑烤瓷合金廢舊料，對其進行回收可以節(jié)約資源及降低成本，但是能否再利用，取決于其各項性能指標。因此，本研究在前期反復熔鑄對鈷鉻烤瓷合金性能影響研究的基礎(chǔ)上，從力學角度探討反復熔鑄對金鉑烤瓷合金性能的影響。

1 材料和方法

1.1 材料和設(shè)備

金鉑烤瓷合金（Alfa Ceramic 90，Alldental公司，瑞典），萬能材料測試機（Instron 1342，Instron公司，英國），微硬度計（DHV-1000，上海尚材試驗機有限公司），牙科磷酸鹽鑄造包埋材料（Vesto-Fix，DFS公司，德國），真空鑄造機（ARGONCASTER-C，SHO-

FU公司，日本）。

1.2 廢舊烤瓷合金重鑄前的處理

先用粒度為80 μm玻璃珠砂粒在0.2 MPa壓力下常規(guī)噴砂，去凈表面黏附的包埋料和異物，噴砂后依次在95%乙醇中超聲振蕩30 min、超純水中超聲振蕩30 min，自然干燥，備用。

1.3 實驗方法

參照ISO的相關(guān)標準要求，將金鉑烤瓷合金經(jīng)1～3次真空壓力熔鑄后，獲得經(jīng)1～3次熔鑄后的金鉑烤瓷合金的彎曲、拉伸和顯微硬度測試試件。分別測試相應(yīng)試件的彎曲強度、彎曲模量、拉伸強度、0.2%屈服強度、延伸率和顯微硬度等力學性能指標，具體的合金重復利用方法和實驗方法與前期對鈷鉻烤瓷合金反復熔鑄后力學性能變化研究的方法一致[1]。

1.4 統(tǒng)計學分析

采用SPSS 13.0軟件對數(shù)據(jù)進行處理，拉伸強度、0.2%屈服強度、延伸率、彎曲強度、彎曲模量及維氏硬度值采用單因素方差分析及Dunnett-t檢驗。

2 結(jié)果

2.1 拉伸性能

各代試件拉伸強度、0.2%屈服強度、延伸率的測試結(jié)果見表1。由表1可見，隨著熔鑄次數(shù)的增加，各代試件間拉伸強度、0.2%屈服強度及延伸率的差異無統(tǒng)計學意義（P>0.05）。

2.2 彎曲性能

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ代試件的彎曲強度分別為（293.20±

44.08）、（275.05±41.84）、（297.72±24.72） MPa，各

代試件間彎曲強度的差異無統(tǒng)計學意義（P>0.05）。

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ代試件的彎曲模量分別為（87.88±8.84）、

（104.49±7.32）、（112.31±3.71） GPa，Ⅱ代和Ⅲ代試件的彎曲模量與Ⅰ代相比，顯著升高（P0.05）。

2.3 硬度

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ代試件的顯微硬度分別為（115.29±

5.64）、（114.88±7.08）、（116.02±6.08） kg·mm-2。隨著熔鑄次數(shù)的增加，各代試件間顯微硬度的差異無統(tǒng)計學意義（P>0.05）。

3 討論

金瓷修復體的鑄件應(yīng)當具備足夠的強度，使其在正常口腔功能狀態(tài)下不發(fā)生變形和破損。而烤瓷合金經(jīng)過熔鑄后發(fā)生的化學成分和結(jié)構(gòu)組織的變化可能會影響其力學性能[2]。因此，烤瓷合金要成功地

應(yīng)用于臨床，其鑄件應(yīng)當具備良好的力學性能，其中拉伸性能、彎曲性能及硬度至關(guān)重要[3]。

3.1 拉伸性能

本研究中拉伸試件的尺寸參考了曹洪喜等[4]和楊松等[1]的研究，縮小至ISO9693標準拉伸試件的2/5，

目的是為了減少鑄造缺陷[5]發(fā)生的幾率，減小因此產(chǎn)生的實驗誤差。研究結(jié)果顯示，金鉑烤瓷合金經(jīng)過3次熔鑄后，拉伸強度、0.2%屈服強度、延伸率差異無統(tǒng)計學意義。

在反復熔鑄對烤瓷合金拉伸性能影響的研究中，楊松等[1]將鈷鉻烤瓷合金在真空加氬氣保護環(huán)境下

單純反復熔鑄3次，發(fā)現(xiàn)拉伸強度、0.2%屈服強度、延伸率差異無統(tǒng)計學意義。Reisbick等[6]將低貴金屬

烤瓷合金在離心鑄造環(huán)境下單純反復熔鑄3次，發(fā)現(xiàn)低貴金屬烤瓷合金的屈服強度隨熔鑄次數(shù)的增加而下降，而拉伸強度、延伸率的差異無統(tǒng)計學意義。張壽華等[7]將貴金屬烤瓷合金在真空壓力鑄造環(huán)境

下單純反復熔鑄4次，發(fā)現(xiàn)拉伸強度隨著熔鑄次數(shù)的增加而下降。本實驗結(jié)果與上述研究結(jié)果不同，可能原因是：1）楊松等[1]采用的是鈷鉻烤瓷合金，主要成分是鈷（61%）、鉻（26%）、鎢（5%）、鉬（6%）；Reisbick等[6]采用的是低貴金屬烤瓷合金，其主要成分是金（46%）、銀（39.5%）、鈀（6%），而本實驗采用的是高貴金屬烤瓷合金，其主要成分為金（89.5%）、鉑（4.8%）、鈀（1.6%）、銀（1.2%）。合金某種組分的燒損程度與該組分沸點相對于合金熔點的高低有關(guān)，沸點明顯低于合金熔點的，經(jīng)過反復熔鑄后燒損量較大，而當合金中成分燒損量達到一定程度，將明顯改變合金的性能。2）Reisbick等[6]是在離心鑄造環(huán)境下進行實驗，本實驗采用的是真空加氬氣保護下的壓力鑄造方法。3）張壽華等[7]研究中拉伸試樣的尺寸比本實驗拉伸試樣的尺寸大。周敏等[5]對鑄件

尺寸大小和內(nèi)部缺陷發(fā)生頻率的關(guān)系進行分析，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部缺陷發(fā)生頻率和缺陷面積均隨著尺寸的增大而增加，而這些潛在的內(nèi)部缺陷將直接影響鑄件的質(zhì)量。

3.2 彎曲性能

本研究采用三點彎曲實驗，研究反復熔鑄對金鉑烤瓷合金彎曲性能的影響，結(jié)果顯示，Ⅱ、Ⅲ代金鉑烤瓷合金的彎曲強度與Ⅰ代金鉑烤瓷合金的彎曲強度的差異無統(tǒng)計學意義（P>0.05）；Ⅱ、Ⅲ代金

鉑烤瓷合金的彎曲模量與Ⅰ代金鉑烤瓷合金相比，顯著升高（P

在反復熔鑄對烤瓷合金彎曲性能影響的研究中，連頌峰等[8]發(fā)現(xiàn)鎳鉻烤瓷合金進行5次單純反復熔鑄后，合金的彎曲強度、彎曲模量沒有發(fā)生降低。楊松等[1]發(fā)現(xiàn)鈷鉻烤瓷合金進行3次單純反復熔鑄后，

合金的彎曲強度、彎曲模量差異無統(tǒng)計學意義。本實驗結(jié)果與上述實驗結(jié)果類似，主要原因可能是鑄造均在真空加氬氣保護環(huán)境下進行。在空氣環(huán)境中，熔化合金時空氣中的氮、氫和氧等分子與金屬表面接觸，分解成為原子進入金屬液中，在合金凝固時形成小氣孔。而各種形態(tài)氣孔的存在，將會減少鑄件的有效承載面積且在氣孔周圍形成應(yīng)力集中，降低鑄件的力學性能[9]。朱松等[10]研究發(fā)現(xiàn)，在空氣環(huán)境中熔鑄的鈷鉻合金至多只能單純反復熔鑄2次，而在真空加氬氣保護環(huán)境中進行熔鑄，至少可以單純反復熔鑄3次而不影響其主要的力學性能。金鉑烤瓷合金的彎曲模量隨著熔鑄次數(shù)的增加而升高，可能原因是晶粒在反復熔鑄的過程中發(fā)生細化。合金在凝固結(jié)晶過程中，隨著熔鑄次數(shù)的增加而增多的第二相質(zhì)點和內(nèi)部氣孔阻礙了晶粒的增長，使得晶粒變小[11]。細化的晶粒能夠?qū)α鸭y的形成和擴展起

抵抗的作用，從而提高合金的彎曲性能[12]。

3.3 硬度

本實驗中的硬度試件按照ISO6507-1的要求進行制作，采用測試維氏硬度值的方法，研究反復熔鑄對金鉑烤瓷合金硬度的影響，結(jié)果顯示，隨著熔鑄次數(shù)的增加，各代試件間顯微硬度的差異無統(tǒng)計學意義（P>0.05）。

在反復熔鑄對烤瓷合金硬度影響的研究中，楊松等[1]研究發(fā)現(xiàn)，鈷鉻烤瓷合金經(jīng)過3次反復熔鑄，

合金硬度的差異無統(tǒng)計學意義。Peraire等[13]發(fā)現(xiàn)高

貴金屬烤瓷合金經(jīng)過8次熔鑄，合金硬度的差異無統(tǒng)計學意義。本實驗結(jié)果與上述研究結(jié)果相似，其原因可能是均在真空環(huán)境下進行鑄造。

綜上所述，本研究中金鉑烤瓷合金在真空環(huán)境下經(jīng)過3次真空壓力鑄造后，拉伸強度、0.2%屈服強度、延伸率、彎曲強度、彎曲模量及維氏硬度值等力學性能指標均未發(fā)生降低。因此，可以認為在本實驗條件下，在不添加任何新合金的情況下，金鉑烤瓷合金反復熔鑄3次仍能夠滿足烤瓷合金力學性能的要求。

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篇10

關(guān)鍵字：鋼板夾芯混凝土組合梁 力學性能 優(yōu)化研究

1、鋼板夾芯混凝土組合結(jié)構(gòu)來源及分析

1.1鋼板夾芯混凝土組合結(jié)構(gòu)的來源

在人們的日常生活及生產(chǎn)中，最常見的組合結(jié)構(gòu)就是鋼一混凝土組合結(jié)構(gòu)，顧名思義鋼一混凝土組合結(jié)構(gòu)就是將鋼板和連接件焊接成一體，并在它們的上部或者內(nèi)部澆注混凝土，使其成為一個完整的組合結(jié)構(gòu)。鋼板和混凝土之間的粘結(jié)力主要是靠剪力連接件來傳遞的。目前，鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)是一種研究比較成熟、應(yīng)用十分廣泛的結(jié)構(gòu)形式，主要包括組合梁、組合柱、組合板和組合剪力墻。這種組合結(jié)構(gòu)在橋梁結(jié)構(gòu)工程及土木結(jié)構(gòu)工程中有著非常廣泛的應(yīng)用前景，但是存在著許多的不足，例如易變性、變形大等等諸多問題，這就迫切需要一種新型的組合結(jié)構(gòu)用來滿足人類生活及生產(chǎn)的需要。鋼板夾芯混凝土組合結(jié)構(gòu)就是一種繼承了鋼一混凝土組合結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，并且對其不足之處進行優(yōu)化而成的新型組合結(jié)構(gòu)。

1.2鋼板夾芯混凝土組合結(jié)構(gòu)的性能分析

鋼板夾芯混凝土組合結(jié)構(gòu)就是將使用壽命長久且成本比較低的混凝土材料填充在兩層鋼板之間，這種方法不僅靈活運用了組合結(jié)構(gòu)的概念，還能夠充分發(fā)揮各種組合結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，有助于生產(chǎn)生活當中對各項工作的有效開展，最終有助于獲得更大的經(jīng)濟效益。在制作過程中，通常在下部和上部鋼板上焊接剪力連接件，通過這種方法有效保證鋼板和混凝土之間的相互作用。顧名思義，鋼板夾芯混凝土組合結(jié)構(gòu)就是屬于一種組合構(gòu)件，上部和下部的核心混凝土抗剪和鋼板抗彎構(gòu)成了這種組合構(gòu)件。這種鋼板夾芯混凝土組合結(jié)構(gòu)不僅僅利用了鋼一混凝土組合結(jié)構(gòu)的各種優(yōu)點，還合理的運用了夾芯復合結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，更關(guān)鍵的是將二者巧妙地結(jié)合在一起，使之具有剛度大、施工方便、受力合理、截面結(jié)構(gòu)靈活以及大大提高綜合經(jīng)濟效益、比較容易實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)等各種優(yōu)點。

2、鋼板夾芯混凝土組合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

2.1組合結(jié)構(gòu)在橋梁、近海結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用

由于實際生活當中的需要，各種橋梁結(jié)構(gòu)和近海結(jié)構(gòu)都需要承受較大的負重，人們普遍使用的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)難以滿足所需要的各項條件。相比之下，鋼板夾芯混凝土這種組

合結(jié)構(gòu)能夠有效、充分的發(fā)揮混凝土抗壓性能高以及鋼板抗拉強度大的優(yōu)點，從而能夠承受更大的負重，解決了人們在橋梁、近海結(jié)構(gòu)工程中面臨的首要難題。

2.2組合結(jié)構(gòu)在防爆工程中的應(yīng)用

最近幾年來，由于各種自然災(zāi)害的不斷發(fā)生，例如地震、環(huán)境影響、火災(zāi)、大爆炸，以及一些人為災(zāi)害的發(fā)生，例如超重、超載、工作者施工不當、設(shè)計師設(shè)計失誤，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼一混凝土結(jié)構(gòu)已經(jīng)難以滿足實際工程中的需要，然而鋼板夾芯混凝土組合結(jié)構(gòu)在這些自然災(zāi)害和人為災(zāi)害的各種防爆炸性能方面表現(xiàn)的較為優(yōu)越。這種高抗力的組合結(jié)構(gòu)不僅具有獨特的抗爆炸性能，還能有效經(jīng)受住各種形式的爆炸載荷的攻擊，其中包括汽車爆炸、卡車爆炸和炸藥爆炸等各種爆炸。

2.3該組合結(jié)構(gòu)在隧道等防護工程中的應(yīng)用

通過大量工作者的實際操作，將鋼板夾芯混凝土這種組合結(jié)構(gòu)應(yīng)用在隧道等防護工程中，不僅大大提高了隧道等防護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、剛度和承載能力，還能有效增強結(jié)構(gòu)的抗?jié)B性和耐用性。主要是由于內(nèi)、外層鋼板對混凝土具有很強的約束力，能有效發(fā)揮鋼板抗拉和混凝土抗壓的性能，這恰好能夠運用在隧道等防護工程中，并且具有一定的優(yōu)勢。

3、鋼板夾芯混凝土組合梁力學性能的優(yōu)化研究

通過近幾十年來各位工程界前輩的努力研究和實驗分析，我們知道了鋼板夾芯混凝土組合梁結(jié)構(gòu)的破壞形式主要包括滑移破壞、彎曲破壞和剪切破壞，并且通過大量實驗分析知道發(fā)生彎曲破壞的鋼板夾芯混凝土組合梁的承載力和延性性能十分的好，剪力連接件的間距和數(shù)量都嚴重影響著組合梁的抗彎承載力。

3.1鋼板夾芯混凝土組合梁的抗彎承載力分析

鋼板夾芯混凝土組合梁中的鋼板和混凝土之所以能夠保證它們整體共同工作，主要是因為剪力連接件傳遞混凝土和鋼板界面上的縱向水平剪力。比較常見的完全剪力連接組合梁和部分剪力連接組合梁就是根據(jù)剪力連接程度的大小來劃分的。鋼板強度、鋼板厚度、混凝土強度等等直接影響著鋼板夾芯混凝土組合梁的極限抗彎承載力。通過實驗分析發(fā)現(xiàn)鋼板的強度和厚度都對鋼板夾芯混凝土組合梁的極限承載力有著很大的影響，混凝土的強度對鋼板夾芯混凝土組合梁的極限承載力的影響相對而言小了很多，并且鋼板夾芯混凝土組合梁的極限承載力隨著鋼板的強度和混凝土強度的增大而增大，這就需要我們在實際的工程操作中加大鋼板的硬度和增強混凝土的強度來有效的增大鋼板夾芯混凝土組合梁的極限承載力。

3.2鋼板夾芯混凝土組合梁的界面滑移分析

鋼板夾芯混凝土組合梁實質(zhì)上就是將混凝土澆注在焊有剪力連接件的兩層鋼板之間，這種組合結(jié)構(gòu)的力學模型可以簡單的視為由鋼板、剪力連接件和混凝土組合而成的一個完整組合體。剪力連接件是鋼板夾芯混凝土組合梁中最為重要的一個部分，它不僅僅有助于協(xié)調(diào)鋼板和混凝土之間的連接，還決定著鋼板和混凝土之間的界面抗剪能力，從而有效保證鋼板與混凝土產(chǎn)生組合效應(yīng)并能很好的共同工作。在日常的工程中一般都是采用柔性剪力連接件，采用這種較為柔軟的剪力連接件的目的主要是利用自身的變形來實現(xiàn)傳遞鋼板與混凝土界面間的剪力的作用，柔性剪力連接件沿著組合梁傳遞剪力之后，混凝土和鋼板之間的界面伴隨著一定的相對滑移，就是這種界面滑移對組合梁的性能有著極其重要的影響，其中主要包括：對組合梁中的混凝土和鋼板之間的界面受力性能降低，并且隨著梁長位置的改變而改變；

降低了組合梁的截面抗彎剛度，使組合梁的截面抗彎剛度成為了一個變值；大大的降低了截面的組合效應(yīng)，使得組合截面抗彎承載力嚴重減小，通過大量分析實驗可知組合梁跨中的界面滑移為零，并且最大界面滑移發(fā)生在組合梁的端部，因此可以通過提高剪力連接件的抗剪剛度，縮小剪力連接件的沿梁長方向上的布置間距等方法來有效減小鋼板與混凝土間的界面滑移。

結(jié)語：

本文主要通過對鋼板夾芯混凝土組合結(jié)構(gòu)在生產(chǎn)生活當中的性能進行研究分析以及在橋梁、近海結(jié)構(gòu)工程和隧道等防護工程中的應(yīng)用，最終對鋼板夾芯混凝土組合梁力學性能進行了一系列的優(yōu)化研究并得出了較好的優(yōu)化方案。

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