材料學畢業(yè)生論文
引導語：金屬是工業(yè)應用最廣泛的材料之一。許多金屬元素，由于其自身性能的限制，不適合在高溫下作業(yè)。但是在能源化工，冶金等領域，許多零構件又必須在高溫高壓系統(tǒng)中長期運轉(zhuǎn)。以下是YJBYS的小編為大家找到的材料學畢業(yè)生論文。希望對大家有所幫助！
材料學畢業(yè)生論文【一】
摘 要：本文通過分析金屬材料的高溫蠕變性能，從蠕變的宏觀規(guī)律談起，引出金屬高溫的幾個性能指標，到分析晶體內(nèi)部的蠕變變形機制，揭示其蠕變的本質(zhì)，最后提出在實際生產(chǎn)中提高蠕變抗力的途徑。
關鍵詞：金屬;蠕變速率;變形機制
金屬是工業(yè)應用最廣泛的材料之一。許多金屬元素，由于其自身性能的限制，不適合在高溫下作業(yè)。但是在能源化工，冶金等領域，許多零構件又必須在高溫高壓系統(tǒng)中長期運轉(zhuǎn)，例如，高壓鍋爐、反應容器、蒸汽輪機等，這就對其使用材料提出了更高的要求。而且，我們也不能再用一些常溫性能指標來衡量其高溫力學性能。所以，深入了解金屬材料的高溫力學性能，正確評估構件的使用壽命和安全性，成為材料科學研究的重中之重。
周圍生活中，我們會發(fā)現(xiàn)，燈泡用久了，就很容易壞掉。其中一個重要原因就是燈絲由于自身的重量產(chǎn)生的應力，引起燈絲發(fā)生形變。過多的形變會使燈絲相互接觸，引起短路，隨之也就廢掉。還有蒸汽渦輪發(fā)電站中，發(fā)動機長期處于高溫高壓系統(tǒng)中，渦輪葉片就會發(fā)生形變，積累到一定程度就會接觸到外套，影響正常工作。這些都是金屬材料在高溫的一個重要力學現(xiàn)象――蠕變。
所謂蠕變，是指在一定的溫度和較小的恒定外力(拉力、壓力、扭力)作用下，材料的形變隨時間的增加而逐漸增大的現(xiàn)象。嚴格來說，蠕變可以發(fā)生在任何溫度，但是只有當T/TM大于0.3時，蠕變現(xiàn)象才會明顯。這樣說來蠕變的研究對于金屬材料的高溫使用有著重要的意義，下面我們從以下幾個方面來簡單分析一下金屬材料的蠕變。
1、蠕變的宏觀規(guī)律
金屬材料蠕變的宏觀規(guī)律我們可以用蠕變曲線來描述。曲線上任一點的斜率來表示該狀態(tài)的蠕變速率，并按其速率大小可以分為三個階段：
1.1 減速階段
蠕變的速率隨時間的延長而減小。又稱為過渡蠕變階段，實質(zhì)上是一個加工硬化過程。
1.2 恒速階段
蠕變速率幾乎不變，又稱為穩(wěn)態(tài)蠕變階段。其穩(wěn)態(tài)蠕變速率決定了蠕變壽命及總的伸長量。
1.3 加速蠕變階段
蠕變速率一直增大直到發(fā)生斷裂。
影響蠕變過程的根本原因在于材料自身性質(zhì)。但對于同種材料來說，蠕變過程的兩個重要參數(shù)是溫度和應力。增大應力或是提高溫度時，蠕變壽命變短，變形速度快，耐高溫性能差。
2、金屬高溫力學性能指標
金屬高溫力學性能指標主要有蠕變極限，持久強度和應力松弛的穩(wěn)定性。這些參數(shù)可以用于評定金屬的蠕變性能。
蠕變極限 蠕變極限是指高溫長時間載荷作用下，機件不致產(chǎn)生過量塑性變形的拉力指標。蠕變極限與常溫下機件設計的選用是相似的，材料蠕變極限中所選用的溫度和時間，一般是由機件的具體服役條件來決定的。必須確保應力在一定的溫度和時間范圍內(nèi)不會產(chǎn)生過量蠕變。因此我們可以把，在給定溫度下，使試樣在第二個階段產(chǎn)生的規(guī)定穩(wěn)態(tài)蠕變速率的最大應力表示為蠕變極限。
持久強度是指材料在一定的溫度和規(guī)定的持續(xù)時間內(nèi)引起斷裂的最大應力值。高溫工作的構件對蠕變變形要求不嚴格，以持續(xù)強度作為設計機件的主要依據(jù)。若對蠕變變形要求嚴格，則需以蠕變極限為其依據(jù)。
應力松弛的穩(wěn)定性，是指高溫工作下的緊固螺栓，若維持其恒定形變，緊固應力會隨著時間延長而不斷下降的現(xiàn)象。因為應力松弛現(xiàn)象是在溫度和總應變不變的情況下，由彈性變形轉(zhuǎn)化為塑性變形，即逐漸發(fā)生形變，使初始應力下降的情況。該性能指標可以用來評價材料的高溫預緊應力，進而來檢測構件的安全性。例如，汽輪機的緊固件，隨著時間的延長，剩余應力低于氣缸螺栓的工作應力時，會發(fā)生泄氣。設計時，應考慮其應力松弛，以保證其使用安全。
3、蠕變變形機制
金屬晶體在常溫下的變形，可以通過位錯的滑動，產(chǎn)生滑移和孿晶兩種變形方式，但在高溫條件下，原子擴散較為顯著，使得蠕變變形機制也發(fā)生了改變。
位錯蠕變機制。這種機制適合于溫度低應力高，多數(shù)工業(yè)用抗蠕變合金屬此類。材料的塑性變形主要是由位錯滑移引起的，但在常溫時位錯容易受阻，變形只能到一定程度。高溫時位錯可以通過攀移，使位錯遇到障礙時做垂直于滑移面的運動，，從而使位錯得以增殖和運動。
擴散蠕變機制。適合于溫度高應力低時。它是在高溫條件下，原子和空穴發(fā)生熱激擴散引起的，外力作用下，原子和空穴因勢能不同會發(fā)生由高勢能向低勢能的定向擴散。垂直于外力的晶界拉伸，平行于外力的晶界壓縮，產(chǎn)生蠕變。
晶界滑動蠕變。高溫下晶界的原子容易擴散，受力后易產(chǎn)生塑性變形，即蠕變。溫度越高，晶界滑動作用越強，同時還要求與晶內(nèi)變形配合的很好，否則易產(chǎn)生裂紋。
由上述蠕變變形的機理可知，蠕變是在一定的應力條件下，材料熱激活微觀過程的宏觀表現(xiàn)。要降低蠕變速率，提高蠕變極限，就必須控制位錯攀移的速率。要提高持久強度，就必須控制晶界的滑動。阻礙空位的形成與運動。也就是說，要提高高溫力學性能，就要控制晶內(nèi)和晶界原子的擴散過程，可以通過以下幾種途徑：
合金化。材料蠕變根本在于其自身的性質(zhì)。實際生產(chǎn)中，我們選用耐高溫的金屬，實質(zhì)上是選用熔點高，自擴散激活能大，層錯能低的元素或合金，因為這些元素擴散慢，有利于降低蠕變速率。使得蠕變變形困難。
冶煉工藝。金屬晶體內(nèi)部含有很多夾雜物或是氣體，使得晶內(nèi)有很多缺陷 。高溫合金的使用中，垂直于應力方向的橫向晶界上易產(chǎn)生裂紋。定向凝固工藝，使柱狀晶沿受力方向生長，減小橫向晶界，可大大提高持久強度，輪葉斷裂壽命可提高四到五倍。
在冶金化工等方面，蠕變是我們評定在高溫或是高應力下長時間服役的構件的一個重要力學性能指標，也許大部分蠕變是組成失效模型的一種機制，但也有部分蠕變是有利于生產(chǎn)的。為此，我們可以引其益處，減其劣點，使其更好的為實際生產(chǎn)服務，同時，我們也需要更深入的研究其機理，以便得到更廣泛的應用。
結語
為更好的理解金屬的蠕變性能，需要從宏觀規(guī)律與內(nèi)在形變本質(zhì)兩個方面把握，深入分析蠕變機制，以便尋找出更好的提高蠕變抗力的途徑。合理的應用蠕變抗力，更好的滿足人們的生活需求。
參考文獻
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材料學畢業(yè)生論文【二】
摘要：材料力學性能是指材料結構在常溫、靜載等環(huán)境下的作用下從宏觀角度觀察得到的力學性能，其是確定各種工程設計參數(shù)的主要依據(jù)，因此，對材料力學性能進行分析與研究具有重要的意義。構件的強度、剛度與穩(wěn)定性，不僅與構件的形狀、尺寸及所受外力有關，而且與材料的力學性能有關。本文基于筆者多年工作經(jīng)驗，詳細的介紹了材料的結構，重點分析了材料受牽引和壓縮時的力學性能，并且研究了多晶體材料力學性能的特點和新型材料的力學性能。
關鍵詞：多晶體;新型材料;力學性能
1、材料的結構
材料的結構是指材料的組成單元之間互相排斥、互相吸引的作用達到平衡時的空間分布。從宏觀到微觀有三個不同的層次，分別是宏觀組織結構、顯微組織結構和微觀結構。其中，宏觀組織結構是指用肉眼或者使用放大鏡觀察到晶粒、相的集合狀態(tài)。顯微組織結構也可稱為亞微觀結構，它是利用電子顯微鏡或者光學顯微鏡觀察到材料內(nèi)部的微區(qū)結構或者晶粒、相的集合狀態(tài)。微觀結構是比顯微組織結構更細的一層結構，它包括分子結構、原子結構、分子的排列結構以及原子的排列結構。通常情況下，金屬材料也被看做是由晶體的聚集體組成的。例如，合金可以看做是母相金屬原子的晶體和加入的合金晶體等聚集形成的聚集體;純金屬被看做是微細晶粒的聚集體。晶粒晶界上的結合其實是機械組合，展開來講就是當金屬由高溫熔體凝固析晶時，彼此嚙合牢固的在一起。晶粒之前的接觸面積越大，結合力也就越大。晶粒內(nèi)部的結合力要大于晶粒間的結合力。軟銅、鋼、鋁、金可以承受較大的變形和塑形是因為在發(fā)生滑移變形時，原子間的相互位置依次錯開，并形成新的鍵，原子之間的鍵很難斷開。
2、材料的力學性能理論
2.1 材料受牽伸時的力學性能
塑形材料是指在外力作用下，產(chǎn)生巨大變形但不易被破壞的材料。屈服強度是指金屬材料發(fā)生屈服現(xiàn)象時的屈服極限，也是指抵抗微量塑形變形的應力。脆性材料是指在外力作用下，產(chǎn)生極小的變形，如陶瓷、灰口鑄鐵等，不存在縮頸現(xiàn)象和屈服階段。
2.2 材料受壓縮時的力學性能
壓縮試驗是用來測定材料受壓時的力學性能。在金屬壓縮試驗時，大多采用短粗圓柱形試樣，細長試樣在壓縮時極易失穩(wěn)。相同的是，在屈服以前，拉伸曲線和壓縮曲線基本相同。不同的是，低碳鋼試樣在壓力逐漸增大的情況下，越來越扁。
2.3 材料的力學性能分析
剛度、強度和穩(wěn)定性是評價一種材料和結構力學性能的三大要素[3]。剛度是指材料抵抗變形的能力，具體體現(xiàn)在變形分析上。強度是指材料抵抗破壞的能力，具體體現(xiàn)在應力分析中。斷裂和疲勞也是強度問題的一部分，斷裂在宏觀中是因為結構中裂紋的擴展，結構中的最大應力大于結構材料的破壞極限引起斷裂。在微觀中是由于分子之間或者是原子之間的鍵斷開引起的。疲勞問題主要出現(xiàn)在塑形較高的.材料中。對于強度更進一步的分析是彈塑性極限分析。穩(wěn)定性是指結構抵抗外來擾動的能力，尤其是板、梁、殼在壓縮荷載下的穩(wěn)定性問題。穩(wěn)定性問題是結構設計和分析中非常重要的一個問題，可以從不同的理論分析穩(wěn)定性問題，一方面是振動分析，結構的模態(tài)、動力相應和固有頻率，對結構固有頻率進行分析目的是為了避免結構的固有頻率和外力頻率接近引起的共振破壞。彈性穩(wěn)定性理論還有初始后屈曲理論、非線性大撓度理論和前屈曲一致理論等。薄殼穩(wěn)定性有塑性穩(wěn)定性理論和彈性穩(wěn)定性理論等。
3、多晶體新型材料力學性能分析
工程中的金屬材料很大一部分是多晶體材料，由于各晶粒是通過晶界聯(lián)結在一起，各晶粒的空間取向是不相同的，因此也就決定了多晶體材料塑性變形的特點。各晶粒塑性變形時的不均勻性和不同時性，當多晶體試樣受到外力作用時，雖然大部分晶粒還處于彈性變形范圍之中，個別取向有利的晶粒中和試樣的宏觀切應力方向一致的滑移系統(tǒng)中首先達到了滑移要求的臨界條件，因此塑形變形從這些晶粒開始。隨著應力的逐漸增大，參加塑形變形的晶粒逐漸增多。由于這種原因，多晶體材料的塑形變形不會發(fā)生在不同晶粒中。受此影響，塑性變形和連續(xù)屈服材料的應力之間沒有明顯的界限。
同時，在同一個晶粒內(nèi)的不同區(qū)域的變形量是不同的。因為在一個晶粒的塑形變形會受到相鄰不同位向晶粒的限制，加之各晶粒的位向差異，此限制在變形晶粒的不同區(qū)域中是不同的。變形的不均勻性，不僅體現(xiàn)在同一晶粒內(nèi)部，而且也反映在試樣的不同區(qū)域和各晶粒之間。例如多相合金，變形首先發(fā)生在軟相上，組織越不均勻，各相性差異越大，變形的不均勻性越嚴重，變形的不同時性越明顯。物體內(nèi)任一點的應變狀態(tài)可用切應變分量和正應變分量表示，由于各晶粒塑性變形的不均勻性和不同時性，為了維持試樣的變形連續(xù)性和整體性，滑移必須在更多的滑移系統(tǒng)上配合地進行，各晶粒必須相互協(xié)調(diào)。
綜上所述，同時開動滑移系統(tǒng)是多晶體內(nèi)任一晶粒實現(xiàn)任一變形的必要條件。通過研究發(fā)現(xiàn)，晶體塑性變形是一個非常復雜的過程。最初的晶體轉(zhuǎn)動或者滑移系統(tǒng)受阻后，沒有啟動的滑移系統(tǒng)上的切應力升高，當達到臨界切應力時，進入滑移狀態(tài)。由此，一個晶粒中就啟動了幾個滑移系統(tǒng)，從而形成了多系滑移的局面。多系滑移產(chǎn)生的結果是滑移系的相互切割和交叉，這就是拉伸試樣表面出現(xiàn)的滑移帶交叉的現(xiàn)象。其實，在塑性變形中，也可能出現(xiàn)孿生機制�；葡到y(tǒng)足夠多時，變形 的協(xié)調(diào)性可以得到充足保證，以適應宏觀變形的要求。由此可以得出，滑移系統(tǒng)越多越有利于變形協(xié)調(diào)，任意變形的要求也更容易適應，材料的塑形越好。在工程的實際應用中，形變強化得到了廣泛應用，作為金屬材料的最重要的性質(zhì)之一，變形強化使金屬零件具備了抵抗偶然超載的能力，保證了工程安全。
參考文獻
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