题目
钢铁研究院开展了690合金电极组织演变对其导热、导电性能的影响研究,测试了690合金的热导率等相关参数,具体参数如下:冷轧态热导率lambda=0.3 (J)cdot(cm)^-1cdot(s)^-1cdot(K)^-1,最大厚度为100mm,表面传热系数h=0.05 (J)cdot(cm)^-2cdot(s)^-1cdot(K)^-1,形状因子S=1,结合所学知识回答以下问题(共20分):1. 690合金的第二热应力断裂抵抗因子是多少?第一热应力断裂抵抗因子R=500 (K)。(5分)2. 综合考虑合金厚度、表面传热能力等因素的影响,若将690合金用作加热电极,可承受的热冲击最大温差是多少?温差为2000K时,该合金能否正常使用?(5分)3. 可通过哪些措施进一步该合金的抗热冲击稳定性?(10分)
钢铁研究院开展了690合金电极组织演变对其导热、导电性能的影响研究,测试了690合金的热导率等相关参数,具体参数如下:冷轧态热导率$\lambda=0.3\ \text{J}\cdot\text{cm}^{-1}\cdot\text{s}^{-1}\cdot\text{K}^{-1}$,最大厚度为100mm,表面传热系数$h=0.05\ \text{J}\cdot\text{cm}^{-2}\cdot\text{s}^{-1}\cdot\text{K}^{-1}$,形状因子$S=1$,结合所学知识回答以下问题(共20分): 1. 690合金的第二热应力断裂抵抗因子是多少?第一热应力断裂抵抗因子$R=500\ \text{K}$。(5分) 2. 综合考虑合金厚度、表面传热能力等因素的影响,若将690合金用作加热电极,可承受的热冲击最大温差是多少?温差为2000K时,该合金能否正常使用?(5分) 3. 可通过哪些措施进一步该合金的抗热冲击稳定性?(10分)
题目解答
答案
1. 根据公式 $ R_2 = \frac{k}{h L} $,代入 $ k = 0.3 $,$ h = 0.05 $,$ L = 10 $,得:
\[
R_2 = \frac{0.3}{0.05 \times 10} = 0.6
\]
2. 综合热应力断裂抵抗因子为:
\[
R_{\text{综合}} = R \times R_2 = 500 \times 0.6 = 300 \, \text{K}
\]
可承受的最大温差为 $ \Delta T_{\text{max}} = 300 \, \text{K} $。当 $ \Delta T = 2000 \, \text{K} $ 时,$ \Delta T > \Delta T_{\text{max}} $,故无法正常使用。
3. 提高抗热冲击稳定性的措施:
- 提高断裂强度 $ \sigma_f $,降低弹性模量 $ E $,减小热膨胀系数 $ \alpha $。
- 增加热导率 $ k $,降低表面传热系数 $ h $,减小厚度 $ L $。
- 优化微观结构(如细化晶粒),采用复合材料,表面涂覆热障涂层等。
答案:
1. $ R_2 = 0.6 $。
2. $ \Delta T_{\text{max}} = 300 \, \text{K} $,$ \Delta T = 2000 \, \text{K} $ 时无法正常使用。
3. 可通过提高 $ R $ 和 $ R_2 $ 实现,具体措施见上述分析。