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(qiáng)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(jì)時(shí)是以該材料在工作溫度下的機(jī)械強(qiáng)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(shí)必須考慮材料的蠕變特性,，按照容器的設(shè)計(jì)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(diǎn)(K),。實(shí)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(shí)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(shí),，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(diǎn)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(yàn)下,，在 恒定溫度與恒定應(yīng)力作用下,，試 樣的應(yīng)變—時(shí)間關(guān)系如圖所示。
? 蠕變變形有三個(gè)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(diǎn)3發(fā)生斷裂,。
? 在恒定溫度與不同應(yīng)力下測試時(shí),，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(gè)以上的不同應(yīng)力水平做 試驗(yàn)，歸納出蠕變應(yīng)變與應(yīng)力,、時(shí) 間的關(guān)系式： 如果溫度T 恒定,，則
? 工程上為計(jì)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(shí)間作用下,，金屬材料到一定時(shí)間就會斷裂,，從 下面兩張圖可以看出。蠕變斷裂壽命2R(小時(shí))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(yàn),。在一定應(yīng)力下的 蠕變斷裂時(shí)間稱為該應(yīng)力下的蠕變斷裂壽命，反過來,，在一定時(shí)間 下產(chǎn)生蠕變斷裂的應(yīng)力稱為該時(shí)間內(nèi)的“持久強(qiáng)度",。
? 多個(gè)試樣在不同應(yīng)力水平下進(jìn)行試驗(yàn)， 得到材料的持久強(qiáng)度與蠕變斷裂壽命的 關(guān)系曲線,。
? 多個(gè)試樣在不同應(yīng)力水平下進(jìn)行試驗(yàn),， 得到材料的持久強(qiáng)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(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)F,，標(biāo)志斷裂機(jī)制的轉(zhuǎn)變。
? 當(dāng)應(yīng)力高于F點(diǎn)時(shí),，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(diǎn)時(shí),，斷裂機(jī)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(kuò)展,，引 向斷裂,。
? 蠕變與持久試驗(yàn)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(jì)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(shí)呈現(xiàn)“脆性斷裂"的特征,，但實(shí) 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(shí)間試驗(yàn)的情況,。
? 高溫下短時(shí)拉伸試驗(yàn),，仍然可以獲得材料 在該溫度下的屈服點(diǎn)sy抗拉強(qiáng)度sb與塑性 形變曲線。但試驗(yàn)的速度相對要快一些,。
? 若試驗(yàn)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(shí)應(yīng)力上不去而應(yīng)變 不斷增加,。圖示是高溫下短時(shí)拉伸試驗(yàn)的 示意圖。
? 高溫短時(shí)拉伸曲線(快速拉伸)有時(shí)對計(jì)算 應(yīng)力集中部位初始加載時(shí)的變形量有用,。
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