金屬拉伸試驗(yàn)與應(yīng)變強(qiáng)化壓力容器簡介課件

金屬拉伸試驗(yàn)與應(yīng)變強(qiáng)化容器簡介湖州市特種設(shè)備檢測中心承壓一科欽峰1原先的屈服強(qiáng)度符號δs和《固容規(guī)》不同？23金屬材料拉伸試驗(yàn)一、相關(guān)定義及符號、典型曲線二、拉伸試樣三、拉伸原理56金屬拉伸試驗(yàn)測定金屬材料的強(qiáng)度及塑性指標(biāo)1、物理屈服性能指標(biāo)

（上屈服強(qiáng)度ReH、下屈服強(qiáng)度ReL）ReH試樣發(fā)生屈服而力首次下降前的應(yīng)力ReL在屈服期間，不計(jì)初始瞬時(shí)效應(yīng)時(shí)的最小應(yīng)力（圖中a位置）7金屬拉伸試驗(yàn)物理屈服性能指標(biāo)具有物理屈服現(xiàn)象的金屬材料，其拉伸曲線有如下幾種類型。上、下屈服強(qiáng)度的位置判定的基本原則9僅適用于呈現(xiàn)明顯屈服的材料10金屬拉伸試驗(yàn)11金屬拉伸試驗(yàn)13金屬拉伸試驗(yàn)14金屬拉伸試驗(yàn)2、規(guī)定微量塑性伸長強(qiáng)度指標(biāo)

規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度(Rp)---試樣標(biāo)距部分的非比例伸長達(dá)到規(guī)定的原始標(biāo)距百分比時(shí)的應(yīng)力。

2、規(guī)定微量塑性伸長強(qiáng)度指標(biāo)（規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度RP）使用的符號應(yīng)附下腳標(biāo)，說明所規(guī)定塑形延伸率，

如RP0.2表示塑形延伸率為0.2%時(shí)的應(yīng)力。15塑形延伸強(qiáng)度的測定1718191)圓形截面2)矩形截面l0=10d0l0=5d0l0tb或二、拉伸試樣21或三、拉伸原理與室溫拉伸要求試驗(yàn)系用拉力拉伸試樣，一般拉至斷裂，來一定一項(xiàng)或多項(xiàng)力學(xué)性能。試驗(yàn)一般在10℃到35℃范圍內(nèi)進(jìn)行。對溫度要求嚴(yán)格的試驗(yàn)，試驗(yàn)溫度應(yīng)為23℃±5℃?？刂颇Ｊ剑簯?yīng)變速率控制：用引伸計(jì)標(biāo)距測量時(shí)，單位時(shí)間的應(yīng)變增加值；應(yīng)力速率控制：單位時(shí)間內(nèi)應(yīng)力的增加。應(yīng)力速率控制只適用于試驗(yàn)的彈性階段。2223非比例伸長率εp0.2%如何捕捉？一般結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械性能試驗(yàn)不用引伸計(jì)。引伸計(jì)一般用于屈服強(qiáng)度臺(tái)階不明顯的材料。引伸計(jì)：是測量構(gòu)件及其他物體兩點(diǎn)之間線變形的一種儀器，通常由傳感器、放大器和記錄器三部分組成。傳感器直接和被測構(gòu)件接觸。25引伸計(jì)外觀2627金屬拉伸試驗(yàn)

根據(jù)力一伸長曲線測定規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度。原始橫截面積的測定為什么要測定原始橫截面積？試驗(yàn)期間任何時(shí)刻的力除以試樣原始橫截面積，即為該時(shí)刻的應(yīng)力。屈服強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度均為拉力除以原始橫截面積。29原始橫截面積的測定如何測定原始橫截面積？（1）形狀要求30（2）加工試樣的尺寸公差31應(yīng)變強(qiáng)化容器中集圣達(dá)因低溫液體儲(chǔ)罐銘牌上，有（應(yīng)變強(qiáng)化）標(biāo)示，是什么技術(shù)？3233二、應(yīng)變強(qiáng)化容器簡介奧氏體不銹鋼不僅具有較高的強(qiáng)度和韌性，還具有顯著的應(yīng)變強(qiáng)化特性。在屈服強(qiáng)度以后還擁有相當(dāng)長的一段應(yīng)變強(qiáng)化段。然而，傳統(tǒng)的低溫容器設(shè)計(jì)方法是基于彈性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，將最大應(yīng)力限定在彈性范圍內(nèi)，只利用了材料的彈性承載能力。在對于具有較高抗拉強(qiáng)度和極高塑性指標(biāo)，但屈強(qiáng)比較低的奧氏體不銹鋼而言，并沒有充分發(fā)揮其塑性承載能力，造成材料浪費(fèi)，設(shè)備增重。為了充分發(fā)揮奧氏體不銹鋼材料的塑性承載潛力，國外提出了一種奧氏體不銹鋼低溫容器的強(qiáng)化方法，將奧氏體不銹鋼的應(yīng)變強(qiáng)化特征引入低溫容器的設(shè)計(jì)制造過程。34這類應(yīng)變強(qiáng)化奧氏體不銹鋼低溫容器所依據(jù)的原理是：當(dāng)奧氏體不銹鋼承受一個(gè)大于屈服強(qiáng)度Rp0.2的拉伸應(yīng)力δk時(shí)，卸載后將會(huì)產(chǎn)生永久的塑性變形；當(dāng)再次加載時(shí)，應(yīng)力應(yīng)變將沿卸載曲線保持彈性增長，直至應(yīng)力大于時(shí)，材料才重新進(jìn)入塑性階段。即提高了奧氏體不銹鋼的屈服強(qiáng)度。35奧氏體不銹鋼應(yīng)力應(yīng)變曲線36將δk選定為新的屈服強(qiáng)度對容器進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計(jì)，由此設(shè)計(jì)出的容器壁厚在相同設(shè)計(jì)壓力下，將比原屈服強(qiáng)度下設(shè)計(jì)出的容器，壁厚明顯減薄，從而減輕設(shè)備重量，降低生產(chǎn)成本。37按照上述原理設(shè)計(jì)出的奧氏體不銹鋼低溫容器必須經(jīng)過一定的強(qiáng)化處理才能達(dá)到提高奧氏體不銹鋼屈服強(qiáng)度的目的。其強(qiáng)化的方法是采用室溫下的超壓強(qiáng)化處理，將容器加壓至強(qiáng)化壓力Pk，保壓一段時(shí)間后卸載，產(chǎn)生一定的塑性變形，使筒體遠(yuǎn)離結(jié)構(gòu)不連續(xù)區(qū)的應(yīng)力水平達(dá)到或高于δk，以此來達(dá)到提高奧氏體不銹鋼屈服強(qiáng)度的目的。38強(qiáng)化壓力

強(qiáng)化壓力是指不銹鋼容器在應(yīng)變強(qiáng)化處理時(shí)的超壓壓力。強(qiáng)化壓力過低，強(qiáng)化后容器總體部位的應(yīng)力水平達(dá)不到設(shè)計(jì)時(shí)選定的強(qiáng)化屈服應(yīng)力，即未達(dá)到應(yīng)變強(qiáng)化的目的;強(qiáng)化壓力δk過高則會(huì)導(dǎo)致容器強(qiáng)化后產(chǎn)生過渡的塑性變形，容器余留的承載能力降低，給容器的安全使用帶來隱患。因此，選擇合理的強(qiáng)化壓力對奧氏體不銹鋼低溫容器的應(yīng)變強(qiáng)化處理至關(guān)重要。39

由于應(yīng)變強(qiáng)化容器的設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)是以薄殼理論為基礎(chǔ)，采用第一強(qiáng)度理論將筒體環(huán)向應(yīng)力限定在許用強(qiáng)度范圍內(nèi)，因此在強(qiáng)化過程中，當(dāng)筒體環(huán)向應(yīng)力達(dá)到時(shí)，即可認(rèn)為容器達(dá)到了強(qiáng)化目的。奧氏體不銹鋼的安全系數(shù)n,通常取1.5，而考慮到應(yīng)變強(qiáng)化容器中焊接系數(shù)滬取1.0。故：40室溫應(yīng)變強(qiáng)化技術(shù)發(fā)展歷史

容器強(qiáng)化后外觀4142室溫應(yīng)變強(qiáng)化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)（1）節(jié)省材料

按照GB150確定的典型奧氏體不銹鋼在常溫下的許用應(yīng)力，與GB150相比，采用室溫應(yīng)變強(qiáng)化技術(shù)后，材料的許用應(yīng)力提高率為83.1%～128.5%，即在壁厚由拉伸應(yīng)力決定的情況下，奧氏體不銹鋼深冷容器內(nèi)容器的壁厚可以減薄一半左右，顯著減輕重量。

43（2）降低重容比重容比是衡量壓力容器輕量化的重要指標(biāo)，也是移動(dòng)式壓力容器能效的重要指標(biāo)。采用室溫應(yīng)變強(qiáng)化技術(shù)后，內(nèi)容器的重量顯著減輕，容積約增加2%～10%，重容比可以降低50%左右。室溫應(yīng)變強(qiáng)化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)（3）應(yīng)力分布均勻化成形以及焊接等制造工藝都會(huì)使材料中產(chǎn)生少量殘余壓應(yīng)力，容器成形后常需要進(jìn)行去應(yīng)力退火，強(qiáng)化過程中產(chǎn)生的拉應(yīng)力抵消了制造過程產(chǎn)生的殘余壓應(yīng)力，焊接殘余應(yīng)力也得到了一定的釋放。44（4）抗疲勞性能提高已有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，應(yīng)變強(qiáng)化可以提高奧氏體不銹鋼材料的抗疲勞性能。強(qiáng)化后材料的屈服強(qiáng)度由提高到了，卸載后重新加載，材料的應(yīng)力在達(dá)到前處于彈性狀態(tài)，當(dāng)加載應(yīng)力超過后才重新進(jìn)入塑形。45屈服強(qiáng)度的提高，使材料通過產(chǎn)生彈性變形而儲(chǔ)存的能量增大，這部分能量能有效減少和調(diào)節(jié)因應(yīng)力的變化而產(chǎn)生的能量沖擊，應(yīng)變強(qiáng)化后容器在完全彈性狀態(tài)下使用，由于沒有新的塑形能量消耗，循環(huán)使用過程中沒有新的能量損失，從而使材料的疲勞性能得到改善，容器的使用壽命得到提高。46471.容器壁厚不超過30mm；2.強(qiáng)化后材料的永久塑性變形量不超過10%；3.室溫應(yīng)變強(qiáng)化過程中，加壓速率和保壓階段的壓力穩(wěn)定性均對容器的塑性變形有顯著影響。為了使容器得到充分變形，需要嚴(yán)格控制加壓速率和強(qiáng)化壓力。應(yīng)變速率宜控制在10-4/S的應(yīng)變加載速率內(nèi)；保壓：當(dāng)壓力以上述加載速度到達(dá)強(qiáng)化壓力時(shí)保持一段時(shí)間，直至應(yīng)變速率降低至每小時(shí)變化量小于0.1%（對于容器，保壓時(shí)間必須大于1h）室溫應(yīng)變強(qiáng)化技術(shù)制造、使用要求

48屈強(qiáng)比：屈強(qiáng)比表征材料由塑性變形到最后斷裂過程的形變?nèi)萘浚瑸楸ＷC結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性，要求鋼材在斷裂之前，具有足夠的塑性變形，即要求鋼材具有低的屈強(qiáng)比。49包辛格效應(yīng)：在金屬塑性加工過程中正向加載引起的塑性應(yīng)變強(qiáng)化導(dǎo)致金屬材料在隨后的反向加載過程中呈現(xiàn)塑性應(yīng)變軟化（屈服極限降低）的現(xiàn)象。這一現(xiàn)象是包辛格于1881年在金屬材料的力