科学家发现3500万年前坠落的陨石产生了地球最高的自然温度

约3500万年前坠落的陨石，产生了迄今为止地球上最高的自然温度。科学家估计，这次撞击产生的温度高达2370℃。这相当于太阳表面温度的一半。而另一个极端，1983年7月21日，在南极洲，前苏联东方站的直接地面记录显示-89.2℃。

以上提到的温度值都是在自然条件下，但在工业领域，很多金属应用都要经受接近此范围的温度，例如喷气发动机的工作温度为900℃，工业烤箱可达1200℃。

在另一端，金属可能会暴露在-196°C甚至更低的-269°C下，这略高于绝对零度，即任何物质内部不再具有任何热能的点。

因此，在任何涉及极低或极高温度或较大热波动的应用的设计阶段，都必须考虑温度对金属材料的影响。

冶金学是研究金属在很宽的温度范围内的行为以及特定金属或金属组合如何有助于减轻负面影响的学科。

低温引起的问题

低温会使金属失去延展性（Ductile），而变得脆性（Brittle），其临界点称为韧脆转变温度（DBTT）。

冶金学和热处理专家亚历山大·弗勒伦丁 (Alexandre Fleurentin) 解释说：“延展性材料会先变形，然后才最终断裂，而脆性材料则在载荷超过其屈服强度时更容易立即断裂。”

随着温度下降，许多材料在 DBTT 点从延性变为脆性。显然，压碎比变形更容易产生负面影响，并且在极低温度下，钢通常对冲击更敏感，并且在突然受到冲击或弯曲时有断裂的风险。这种行为接近弹性，并在冲击测试下进行评估。

另一方面，较低的温度往往会导致金属的机械抗拉强度增加，断裂伸长率降低。为了保持较高的机械强度并获得较不脆的材料，通常首选镍和氮含量较高的奥氏体不锈钢。

高温更加复杂

在极高温度下，会发生一些可逆现象，而其他一些则是永久性的。可逆现象是指当温度恢复正常水平时会恢复到其原始状态的现象，包括机械抗拉强度的暂时丧失和延展性的变化。

当出现永久现象时，高温下的时效和热处理过程可能会导致过度回火，从而降低抗疲劳性。因此，使用时的温度也应保持在钢的退火或回火温度以下。

在不锈钢中，高温会导致保护性钝化层的损失或减少，因此在这些温度下，设计师必须注意环境因素，例如湿度和大气中的某些元素。“即使是对金属性能有间接影响的流体也会受到影响，”Fleurentin 指出。“例如，在高温下，一些润滑剂（如二硫化钼）会改变性能并完全失去润滑能力，从而导致后续问题。”

蠕变和松弛也可由热激活

蠕变和松弛现象通常会产生有害影响，但也会在高温下发生。蠕变 (a) 是指材料由于持续的机械应力（甚至低于其屈服强度）而缓慢且永久地变形。

松弛（b）是当材料受到固定应变时，通过将部分弹性变形转化为塑性变形来释放应力，即使初始载荷低于其屈服强度。

即使在变形超过材料屈服强度之前，金属在高温下也更容易蠕变或松弛。蠕变或松弛的程度取决于应力的大小、温度和暴露时间。对于某些轻合金和不锈钢，这些现象可以在约 200°C 的温度下激活，而其他一些则可以在 100°C 以下激活。对于真正具有挑战性的应用，设计师可以选择使用镍基或钴基抗蠕变合金。请记住，蠕变和松弛可以永久改变组件的变形或应力释放。

极端温度的另一个后果是，由于物理原因，材料会随着温度的升高而膨胀或收缩。因此，当钢结构中的温度升高时，原子开始越来越剧烈地振动。这种剧烈的热振荡反过来又导致原子之间的距离增加，进而导致材料膨胀。

随着温度升高而发生的实际膨胀由线性热膨胀系数 (CTE) 描述，通常针对各种材料在 20°C 时进行定义。这通常在特定温度范围内保持不变，例如 0 至 100°C。然而，Fleurentin 先生指出，“给定材料的 CTE 在广泛的极端温度范围内并不总是恒定的，因此通常每 100°C 更新一次。”