大量的化工容器是在高于室溫的條件下工作的,。金屬材料的強度隨溫度而發(fā)生變化。
對高溫壓力容器要區(qū)別兩種不同的情況。
第一種是工作溫度在容器材料的蠕變溫度以下,，設(shè)計時是以該材料在工作溫度下的機械強度為基準(zhǔn),，按通常的安全系數(shù)選取許用應(yīng)力。
第二種是工作溫度在容器材料的蠕變溫度以上,，此時必須考慮材料的蠕變特性,，按照容器的設(shè)計壽命來確定許用的應(yīng)力水平。
本節(jié)要討論的是第二種情況,。
? 蠕變溫度指材料開始呈現(xiàn)蠕變現(xiàn)象的溫度,，對各種不同材料是 不同的。一般金屬材料的蠕變溫度Tc為：
式中,，Tm為金屬材料的熔點(K),。實際上，每種具體鋼號或金屬牌號都 有不同的蠕變溫度,。大體上：碳鋼 > 350oC 低合金鋼 > 400~450oC 耐熱合金鋼 > 600oC
? 有色金屬及其合金的蠕變溫度較低,，如鉛及鈦等在室溫時受載就 會發(fā)生蠕變。
? 當(dāng)金屬材料在高于蠕變溫度的溫度下工作時,，會產(chǎn)生兩種現(xiàn)象： 蠕變變形與蠕變斷裂,。在這里不作金屬學(xué)的探討，而從工程應(yīng)用 的觀點作現(xiàn)象學(xué)的分析,。為了敘述簡便,，下面把“高于蠕變起始 溫度”簡稱為“高溫”。
(一)蠕變變形
? 在光滑試樣單向拉伸試驗下,，在 恒定溫度與恒定應(yīng)力作用下,，試 樣的應(yīng)變—時間關(guān)系如圖所示。
? 蠕變變形有三個階段,，第一階段 (01)為降速階段,，第二階段(12) 為恒速階段，第三階段(23)為加 速階段,，到點3發(fā)生斷裂,。
? 在恒定溫度與不同應(yīng)力下測試時，可以得到一組曲線,，如圖所示,。 圖中s1>s2>s3。應(yīng)力越小則應(yīng)變越小,，相應(yīng)地,，應(yīng)變速率越小。
? 通常在8個以上的不同應(yīng)力水平做 試驗,，歸納出蠕變應(yīng)變與應(yīng)力,、時 間的關(guān)系式： 如果溫度T 恒定，則
? 工程上為計算方便，常忽略第一階段 與第三階段,，僅取第二階段,，即恒速 階段。蠕變的應(yīng)變速率可以用下式表 達(dá)：
(二)蠕變斷裂
? 在高溫和應(yīng)力的長時間作用下,，金屬材料到一定時間就會斷裂,，從 下面兩張圖可以看出。蠕變斷裂壽命2R(小時)隨應(yīng)力的降低而延長,。 通常用光滑試樣在恒定應(yīng)力和恒定溫度下作試驗,。在一定應(yīng)力下的 蠕變斷裂時間稱為該應(yīng)力下的蠕變斷裂壽命，反過來,，在一定時間 下產(chǎn)生蠕變斷裂的應(yīng)力稱為該時間內(nèi)的“持久強度”,。
? 多個試樣在不同應(yīng)力水平下進(jìn)行試驗， 得到材料的持久強度與蠕變斷裂壽命的 關(guān)系曲線,。
? 多個試樣在不同應(yīng)力水平下進(jìn)行試驗,， 得到材料的持久強度與蠕變斷裂壽命的 關(guān)系曲線。
? 多數(shù)鋼材,，應(yīng)力-壽命曲線有一個轉(zhuǎn)折點F,，標(biāo)志斷裂機制的轉(zhuǎn)變。
? 當(dāng)應(yīng)力高于F點時,，斷裂是穿晶的,，斷口為韌窩狀，縱斷面上可觀察 到晶粒的拉長,。
? 當(dāng)應(yīng)力低于F點時,，斷裂機制為沿晶界面的斷裂(沿晶斷裂)，晶界上 由于孔穴或微裂紋的積聚連貫而最終導(dǎo)致沿晶的宏觀裂紋擴展,，引 向斷裂,。
? 蠕變與持久試驗中數(shù)據(jù)的分散性很大，要在相當(dāng)多的試樣的基礎(chǔ)上 才能得到一條代表性的平均曲線,。如果曲線的兩段均可近似地看作 直線，則s與tR的關(guān)系可用下式表述：
? 式中,，指數(shù)m為負(fù)值,。顯然，對二段曲線,，B與m的值是不同的,。
? 工程上，由于設(shè)計壽命要求較長,，在 105h以上,，所以s較低，此情況，是沿 晶斷裂,，且總應(yīng)變量比較小,，所以失 效時呈現(xiàn)“脆性斷裂”的特征，但實 際上與通常意義上的脆性斷裂是有區(qū)別的,。
? 以上都是在高溫下作長時間試驗的情況,。
? 高溫下短時拉伸試驗，仍然可以獲得材料 在該溫度下的屈服點sy抗拉強度sb與塑性 形變曲線,。但試驗的速度相對要快一些,。
? 若試驗速度慢于高應(yīng)力下的蠕變速度，則 會出現(xiàn)應(yīng)力平臺,，此時應(yīng)力上不去而應(yīng)變 不斷增加,。圖示是高溫下短時拉伸試驗的 示意圖。
? 高溫短時拉伸曲線(快速拉伸)有時對計算 應(yīng)力集中部位初始加載時的變形量有用,。
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產(chǎn)品介紹：
西安中試測控科技有限責(zé)任公司（以下簡稱“中試測控”）作為國內(nèi)高端材料試驗設(shè)備領(lǐng)域的企業(yè),，其高溫蠕變試驗機以高精度、全自動化,、多場景適配為核心競爭力,，廣泛應(yīng)用于航空航天、核電能源,、超合金研發(fā)等關(guān)鍵領(lǐng)域,。
技術(shù)架構(gòu)與核心創(chuàng)新
1. 超高溫穩(wěn)定控制體系
- 溫度范圍與均勻性：最高工作溫度達(dá)1600℃，采用多區(qū)獨立控溫技術(shù),，爐膛內(nèi)溫度波動≤±1℃（國標(biāo)要求為±2℃）,，滿足鎳基單晶高溫合金、陶瓷基復(fù)合材料等超高溫測試需求,。
- 動態(tài)氣氛調(diào)控：支持惰性氣體（Ar,、N?）、真空（5×10??Pa）及腐蝕性環(huán)境（如H?S）下的蠕變試驗,，適配核電材料應(yīng)力腐蝕模擬場景,。
2. 智能加載與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
- 多軸載荷精準(zhǔn)施加：最大載荷50kN，分辨率0.01N,，支持拉伸,、壓縮、彎曲復(fù)合加載模式,，誤差率＜0.5%（行業(yè)平均為1.2%）,。
- AI輔助變形監(jiān)測：集成激光散斑與數(shù)字圖像相關(guān)（DIC）技術(shù)，實時捕捉微米級應(yīng)變,，數(shù)據(jù)采樣頻率達(dá)1000Hz,，較傳統(tǒng)引伸計效率提升3倍,。
3. 全生命周期管理平臺
- 基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的“CreepCloud”云平臺，實現(xiàn)試驗參數(shù)遠(yuǎn)程設(shè)定,、設(shè)備健康度預(yù)測（如加熱元件剩余壽命評估）及全球?qū)嶒炇覕?shù)據(jù)共享，2024年已接入國家材料科學(xué)數(shù)據(jù)中心,。
市場競爭力與差異化優(yōu)勢
1. 技術(shù)壁壘構(gòu)建
- 擁有多項發(fā)明專利,，其中雙閉環(huán)自適應(yīng)控溫算法突破國外技術(shù)，實現(xiàn)1600℃下連續(xù)3000小時無故障運行,。
- 與西安交通大學(xué)材料學(xué)院共建“極端環(huán)境材料測試聯(lián)合實驗室”,，推動ASTM E139、GB/T 2039等標(biāo)準(zhǔn)迭代,。
2. 成本與效率優(yōu)勢
- 采用模塊化設(shè)計,，維護(hù)時間減少40%（傳統(tǒng)設(shè)備需停機2天/次，中試機型僅需8小時）,；
- 單臺設(shè)備日均能耗成本28元（同類進(jìn)口設(shè)備約50元）,，2024年入選《國家綠色技術(shù)推廣目錄》。
3. 服務(wù)生態(tài)布局
- “4小時響應(yīng)圈”：在西安,、成都,、沈陽設(shè)立三大區(qū)域服務(wù)中心，提供現(xiàn)場校準(zhǔn),、工況模擬定制服務(wù),；
- 培訓(xùn)認(rèn)證體系：聯(lián)合中國機械工程學(xué)會開展蠕變試驗操作師認(rèn)證，累計培訓(xùn)超500名專業(yè)人才,。
行業(yè)挑戰(zhàn)與未來規(guī)劃
1. 當(dāng)前技術(shù)瓶頸
- 極端條件（如2000℃+超高溫,、強輻射環(huán)境）下的傳感器抗干擾能力仍需突破；
- 多物理場耦合（熱-力-化學(xué)）仿真模型精度不足,，試驗數(shù)據(jù)與模擬結(jié)果偏差約15%,。
2. 2025-2028年戰(zhàn)略重點
- 超高溫擴展：聯(lián)合西北有色金屬研究院開發(fā)2000℃級碳-碳復(fù)合材料加熱體；
- 智能化升級：引入量子傳感技術(shù),，實現(xiàn)納米級原位應(yīng)變監(jiān)測,；
- 全球化合作：與德國茨維克（Zwick）共建歐洲研發(fā)中心，拓展歐盟市場認(rèn)證（CE/EN標(biāo)準(zhǔn)）,。
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