材料在低温下的行为

低温下的相关物理现象和材料性质概论

对于相同类型的测试，金属材料在低温条件下的行为与其乐动娱乐官网在室温下的行为有很大不同。这是由于各种物理现象，当温度达到液氮的温度(-196°C)或当接近液氦的温度(约-267°C)时，这些物理现象变得相关。

以下是在低温下发生的典型行为的定性描述。这种叙述，虽然非常简化，但试图给出一个在实验室测试中显而易见的说明。

1.热容

在低温下最相关的影响之一是定容热容(Cv)。在等体积条件下，温度(T)变化的主要贡献是有关物体内能(U)的变化。因此，其值可以表示为:

在足够近似的程度上，可以这样说，几乎所有固体在室温上下的摩尔比热是恒定的，与温度无关。根据Dulong Petit定律，它近似等于:

式中R为摩尔气体常数(≈8.314 J mol¹K¹）.

当我们接近低温条件时，这个定律就不再适用了，在低温条件下，量子现象变得越来越重要。在低于20到30开尔文的温度下，杜龙定律和珀蒂定律不再适用，必须考虑其他模型，如德拜积分。

基本上，这些统计数据表明，当温度接近绝对零度时，比热趋向于零(或者至少像爱因斯坦模型中那样趋向于非常低的值)。

可以从C的表达式中推断出来_v上面是很低的C音_v值会引起强烈的温度变化，即使内能∆U的变化很小，在足够的强度导致晶格结构变化的问题上，可能会在材料中产生热不稳定现象。

3.材料硬化

在循环疲劳试验中发生的一个众所周知的现象是材料的硬化。这种现象即使在-196°C下也变得特别相关和清晰可见。在图2中可以明显看出，在-196°C下循环加载的耐久性要比在室温下进行相同的测试好得多。

硬化现象在奥氏体钢中尤为明显，常伴有奥氏体-马氏体相变。应该指出的是，由于马氏体是铁磁性的(而奥氏体是抗磁性的)，这种转变在涉及特别高磁场的应用中变得特别关键。

4.夏比测试

本文中考虑的最后一个测试是夏比测试．有限元模拟在Element Milan进行的测试表明，测试技术通常使用ISO148和ASTM E23中描述的方法，包括将样品冷却到所需的温度，将样品转移到测试机器，然后在5秒内进行冲击测试。但它不适用于极低的温度。

实际上，可以看出，仅仅从杜瓦瓶中取出样品，缺口处的温度在5秒后就上升了至少42开尔文，使钢的有效试验温度达到-228℃左右。最坏的情况是铝，5秒后温度达到62开尔文左右，使试验温度达到-211℃左右。

采用的解决方案元素米兰在极低温度下进行夏比试验是在连续氦流条件下进行试验。

这极大地限制了由于样品从杜瓦瓶转移到测试系统而引起的温升。这使我们能够保证标称温度为-267°C，不确定度约为20开尔文。