金屬力學(xué)性能

關(guān)于金屬力學(xué)性能第一頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四目錄1.金屬材料的力學(xué)性能2.力學(xué)性能指標(biāo)3.與力學(xué)性能有關(guān)的金屬監(jiān)督概念4.與力學(xué)有關(guān)的失效實(shí)例第二頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四一、金屬材料的力學(xué)性能強(qiáng)度：Rm、Rel塑性：A、Z韌性：KU2、KV2、K1c、δc、FATT硬度：HB、HRA、HRB、HRC、HV、HL疲勞：б-1高溫性能：蠕變極限、持久強(qiáng)度第三頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四二、力學(xué)性能指標(biāo)1.強(qiáng)度金屬在外力（靜載荷）作用下，抵抗永久變形或破壞的能力?，F(xiàn)行有效標(biāo)準(zhǔn)：GB/T228.1-2010主要強(qiáng)度指標(biāo)：抗拉強(qiáng)度Rm

屈服強(qiáng)度Rel

舊標(biāo)準(zhǔn)中Rm用бb表示，

Rel用бs表示第四頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四非標(biāo)試樣－矩形試樣第五頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四屈服強(qiáng)度：金屬材料在拉伸試驗(yàn)時(shí)產(chǎn)生的屈服現(xiàn)象是開(kāi)始產(chǎn)生宏觀塑性變形的一種標(biāo)志。由于部件在實(shí)際使用過(guò)程中大都處于彈性變形狀態(tài)，不容許產(chǎn)生微量塑性變形，因此出現(xiàn)屈服現(xiàn)象就標(biāo)志著產(chǎn)生了過(guò)量塑性變形失效。第六頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四第七頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四第八頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四強(qiáng)度計(jì)算公式：拉伸試樣原始截面積：拉伸試樣斷后截面積：屈服強(qiáng)度：?jiǎn)挝唬篗Pa抗拉強(qiáng)度：?jiǎn)挝唬篗Pa第九頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四合金鋼的屈服點(diǎn)：條件屈服強(qiáng)度：規(guī)定的塑性變形量一般為0.2％，即規(guī)定的引伸計(jì)標(biāo)距0.2％時(shí)相對(duì)應(yīng)的應(yīng)力，相應(yīng)的屈服強(qiáng)度為Rr0.2－－產(chǎn)生0.2％殘余伸長(zhǎng)時(shí)的載荷。第十頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.塑性金屬在外力作用下，抵抗永久變形而不會(huì)被破壞的能力?，F(xiàn)行有效標(biāo)準(zhǔn)：GB/T228.1-2010主要指標(biāo)有：延伸率（斷后伸長(zhǎng)率）：A斷面收縮率：Z

舊標(biāo)準(zhǔn)中：A用δ表示，Z用ψ表示。第十一頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.1延伸率第十二頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.2斷面收縮率第十三頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四當(dāng)斷裂處不在標(biāo)距中心時(shí)：斷裂位置對(duì)延伸率的大小是有影響的；斷在標(biāo)距正中的試樣所得的延伸率最大；斷在標(biāo)距中間1/3段試樣可直接測(cè)量L1；斷在標(biāo)距兩端1/3段時(shí)，要求用位移法換算成相當(dāng)于斷在正中時(shí)的延伸率。第十四頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四第十五頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四第十六頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四3.硬度金屬抵抗比他更硬的物體壓入的能力。布氏硬度：HB洛氏硬度：HRA、HRB、HRC維氏硬度：HV里氏硬度：HL第十七頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四布氏硬度HBGB/T231.1-2009新規(guī)定：取消了用鋼球壓頭進(jìn)行試驗(yàn)的規(guī)定，僅使用硬質(zhì)合金球壓頭，試驗(yàn)范圍上限為650HBW第十八頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四布氏硬度HB第十九頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四第二十頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四GB/T231.1-2002新規(guī)定：1.取消了用鋼球壓頭進(jìn)行試驗(yàn)的規(guī)定，僅使用硬質(zhì)合金球壓頭，試驗(yàn)范圍上限為650HBW。2.對(duì)試樣最小厚度規(guī)定作了調(diào)整，將試樣厚度至少應(yīng)為壓痕深度的10倍改為8倍。3.對(duì)壓痕間距的規(guī)定作了調(diào)整，將兩相鄰壓痕中心距離不應(yīng)小于壓痕平均直徑的4倍改為3倍。第二十一頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四布氏硬度值標(biāo)記布氏硬度值與試驗(yàn)條件有關(guān)，硬度值標(biāo)記由4種符號(hào)組成：1.球體材料：硬質(zhì)合金球2.球體直徑：10mm（標(biāo)準(zhǔn)壓頭）、5mm、2.5mm、1mm3.試驗(yàn)力：其大小與壓頭直徑有關(guān)。一般F/D2=30倍、15倍、10倍、5倍、2.5倍、1倍。4.試驗(yàn)力的保持時(shí)間：黑色金屬為10s、有色金屬為30s、對(duì)HBS<35的材料為60s、10~15s時(shí)不標(biāo)注第二十二頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四例：120HBS10/1000/30例：500HBW5/750第二十三頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四應(yīng)特別注意的是：對(duì)于不同的試驗(yàn)材料，當(dāng)使用不同的試驗(yàn)力時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定壓痕直徑d應(yīng)當(dāng)在0.25～0.60D范圍內(nèi)，所測(cè)硬度才有效。因此在試驗(yàn)中，對(duì)于給定試驗(yàn)材料，當(dāng)確定了使用哪種直徑的球后，還要考慮F/D2值，以便使壓痕直徑在0.25D至0.6D之間。第二十四頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四GB/T1172-1999《黑色金屬硬度及強(qiáng)度換算值》布什氏度與強(qiáng)度бb之間有一定的近似關(guān)系：不淬火鋼材：低碳鋼бb

≈3.6HB中碳鋼бb

≈3.5HB高碳鋼бb

≈3.4HB不銹鋼：бb

≈4.0～5.0HB根據(jù)布氏硬度值可近似確定金屬的抗拉強(qiáng)度。如果考慮到旋轉(zhuǎn)彎曲的疲勞極限б-1大致是бb的一半，則布氏硬度值可以進(jìn)一步與б-1聯(lián)系起來(lái)。第二十五頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四優(yōu)點(diǎn)：精確度高，對(duì)試樣制備要求不高，一般用在仲裁試驗(yàn)。缺點(diǎn)：不適合測(cè)定HB>650的材料，因?yàn)椴牧系挠捕忍呷菀滓痄撉蜃冃?，使測(cè)定結(jié)果不準(zhǔn)確。測(cè)量方法繁瑣，效率低。第二十六頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四洛氏硬度HR原理：測(cè)量壓痕深度。條件：盡可能保證試驗(yàn)面是平面。執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：GB/T230.1-2009《洛氏硬度試驗(yàn)方法》試樣厚度：用金剛石圓錐壓頭試驗(yàn)時(shí)，試樣厚度應(yīng)不小于壓痕深度的10倍。用鋼球壓頭試驗(yàn)時(shí)，試樣厚度應(yīng)不小于壓痕深度的15倍。兩相鄰壓痕中心間距至少應(yīng)為壓痕直徑的4倍，但不得小于2mm。第二十七頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四不同標(biāo)尺的測(cè)量范圍：GB230.1-2009HRA：20～88圓錐形金剛石壓頭，60kg負(fù)荷HRC：20～70圓錐形金剛石壓頭，150kg負(fù)荷HRB：20～100淬硬鋼球壓頭，100kg負(fù)荷各標(biāo)尺均有一定的測(cè)量范圍，應(yīng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定正確使用。如：硬度高于HRB100，應(yīng)采用C標(biāo)尺的試驗(yàn)條件進(jìn)行試驗(yàn)。同樣，硬度低于HRC20，應(yīng)換用B標(biāo)尺試驗(yàn)。硬度高于HRC70，應(yīng)換用A標(biāo)尺試驗(yàn)。第二十八頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四HRA：用來(lái)測(cè)定HB>700的高硬材料。HRB：用來(lái)測(cè)定HB=60~230之間比較軟的金屬及低碳鋼。HRC：用來(lái)測(cè)定HB=230~700的調(diào)質(zhì)鋼及淬火鋼。第二十九頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四洛氏硬度優(yōu)點(diǎn)：1.可測(cè)高硬度材料2.壓痕小，可測(cè)成品和薄板，對(duì)工件無(wú)損壞。3.測(cè)量方法簡(jiǎn)便，從刻度盤(pán)直接讀出硬度值。缺點(diǎn)：1.壓痕小，結(jié)果準(zhǔn)確性低，通常應(yīng)多測(cè)幾點(diǎn)取其平均值。2.不同標(biāo)尺的硬度不能統(tǒng)一、各標(biāo)尺硬度值不能直接進(jìn)行比較。

第三十頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四維氏硬度HV以四方錐體型金剛石壓頭壓入試樣表面，保持一定時(shí)間后卸載，測(cè)定壓痕兩對(duì)角線長(zhǎng)度取平均值。主要用于測(cè)定顯微硬度。優(yōu)點(diǎn)：精度高、測(cè)量范圍寬(軟硬材料都可以測(cè)試)、不同標(biāo)尺的硬度能夠統(tǒng)一。缺點(diǎn)：測(cè)定繁瑣，工作效率低。第三十一頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四第三十二頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四里氏硬度HL測(cè)量鋼球沖擊試樣表面回彈時(shí)，距試樣表面1mm處的回跳速度。執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：GB/T17394-1998《金屬里氏硬度試驗(yàn)方法》HL=VB/VA×1000其中：VB：回跳速度VA：沖擊速度優(yōu)點(diǎn)：1.可便攜，5kg以上的部件放穩(wěn)即可用2.可方便的換算為布、洛、維第三十三頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四里氏硬度是一種動(dòng)態(tài)硬度試驗(yàn)方法，考察的是材料的彈性形變，表現(xiàn)為反彈速度的大小。測(cè)試時(shí)材料種類的選擇里氏硬度試驗(yàn)法是一種動(dòng)載測(cè)試方法，它的測(cè)試值與金屬的彈性模量E有關(guān)，材料不同所對(duì)應(yīng)的彈性模量也不同，因而應(yīng)按材料的種類進(jìn)行分類測(cè)試。第三十四頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四測(cè)試時(shí)對(duì)工件的要求將被測(cè)試件上的油漆、氧化皮、麻點(diǎn)打磨掉，露出金屬光澤，并且平整、光滑，不得有油污。試樣的重量（＞5公斤）、試樣最小厚度（5mm）試件不應(yīng)帶有磁性。被測(cè)試樣表面的曲率半徑應(yīng)≥30mm。第三十五頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四測(cè)試操作時(shí)注意事項(xiàng)1.測(cè)試前應(yīng)用硬度標(biāo)塊對(duì)儀器進(jìn)行檢驗(yàn)（示值誤差±12HLD）。數(shù)值偏差超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)應(yīng)給予校準(zhǔn)。2.在大批量檢驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)經(jīng)常用硬度標(biāo)塊對(duì)儀器進(jìn)行校對(duì)，在檢驗(yàn)工作完成后也應(yīng)對(duì)儀器進(jìn)行校對(duì)，確認(rèn)在整個(gè)測(cè)試過(guò)程中硬度計(jì)的測(cè)試誤差在規(guī)定范圍內(nèi)。以保證測(cè)試結(jié)果的真實(shí)性。第三十六頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四測(cè)試操作時(shí)注意事項(xiàng)3.選擇被測(cè)材料種類。4.選擇沖擊方向，沖擊方向應(yīng)垂直于試驗(yàn)面。5.給沖擊裝置加載時(shí)，應(yīng)將加載套管壓縮到底，然后緩慢松回原位。不可松手使其自由彈回，否則極易損壞機(jī)件。第三十七頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四測(cè)試操作時(shí)注意事項(xiàng)6.給加載套管加載時(shí)，不可將沖擊裝置支撐在試件上。7.測(cè)試前應(yīng)擦去試件表面的油污、鐵屑、灰塵。8.按釋放按鈕時(shí)不可過(guò)快、過(guò)重，以致使加載套管移動(dòng)，測(cè)試值失準(zhǔn)。第三十八頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四測(cè)試操作時(shí)注意事項(xiàng)9.每?jī)纱螠y(cè)試時(shí)間間隔不應(yīng)少于3秒。10.兩壓痕中心距離＞3mm，壓痕中心距試樣邊緣距離＞5mm。11.不可在同一點(diǎn)上重復(fù)測(cè)試，否則會(huì)引起較大的誤差。同時(shí)會(huì)減少傳感器的使用壽命。12.測(cè)試數(shù)據(jù)的分散不應(yīng)超過(guò)平均值的±15HL。第三十九頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四測(cè)試操作時(shí)注意事項(xiàng)13.應(yīng)保證沖擊瞬間垂直位置偏差在0.5mm之內(nèi)，否則會(huì)使硬度值偏低。14.對(duì)曲率半徑小的工件可使用異性支撐環(huán)，（測(cè)外圓柱面、內(nèi)圓柱面、外球面、內(nèi)球面、不規(guī)則曲面），以保證測(cè)試方向能夠垂直試件表面。第四十頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四測(cè)試操作時(shí)注意事項(xiàng)15.試樣重量小于5公斤時(shí)應(yīng)夾持。16.試件不應(yīng)帶有磁性，帶有磁性的試件將使測(cè)量值偏低。17.使用完畢后，應(yīng)將沖擊體釋放。否則將加速加載彈簧的疲勞。第四十一頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四里氏硬度的換算(GB/T17394-1998)1.測(cè)試的里氏值是通過(guò)與其它標(biāo)準(zhǔn)的靜載荷硬度值（布氏、維氏、洛氏）對(duì)比曲線，將里氏值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的硬度值。2.由于各種硬度方法之間不存在明確的物理關(guān)系，受到相互比較中測(cè)量不可靠性的影響，因此換算會(huì)不可避免的帶來(lái)不同程度的誤差，換算只是近似的。3.在換算表中某一硬度范圍內(nèi)可能換算的相關(guān)性較好，而另一范圍則相關(guān)性較差。第四十二頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四里氏硬度的換算(GB/T17394-1998)4.同一換算范圍某些材料可能適應(yīng)性很好，而對(duì)另一些材料可能誤差較大。5.不同來(lái)源的換算表之間存在差別，國(guó)內(nèi)研制的換算表與瑞士換算表之間在某個(gè)硬度范圍有差異是不可避免的。6.換算時(shí)一定要注意換算表適用條件，否則誤差會(huì)較大。為了獲得比較可靠的換算關(guān)系，應(yīng)對(duì)具體材料作對(duì)比試驗(yàn)，將數(shù)據(jù)處理后作出具體換算值或換算曲線。第四十三頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四例如：每一點(diǎn)硬度值需打3點(diǎn)布氏硬度壓痕，每個(gè)壓痕周圍均勻分布地測(cè)定5點(diǎn)里氏硬度，得出里氏硬度平均值和布氏硬度平均值的對(duì)應(yīng)關(guān)系，做出硬度對(duì)比曲線。對(duì)比曲線至少應(yīng)包括三組對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。第四十四頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四試驗(yàn)結(jié)果處理：用5個(gè)有效試驗(yàn)點(diǎn)的平均值作為1個(gè)里氏硬度試驗(yàn)數(shù)據(jù)。盡量避免將里氏硬度換算成其他硬度，當(dāng)必須進(jìn)行換算時(shí)可參考附錄。里氏硬度表示方法：700HLD、450HLG。用里氏硬度換算的其他硬度，應(yīng)在里氏硬度符號(hào)之前附以相應(yīng)的硬度符號(hào)：400HVHLD。第四十五頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四4.韌性金屬在沖擊載荷作用下，抵抗破壞的能力。GB/T229-2007《金屬材料夏比擺錘沖擊試驗(yàn)方法》中沖擊吸收能量用KV2或KU2表示。有些材料在靜力作用下，表現(xiàn)出很高的強(qiáng)度，但在沖擊力的作用下，表現(xiàn)得很脆弱。例如：高碳鋼、鑄鐵。舊標(biāo)準(zhǔn)：沖擊韌性：ɑk或Ak(ɑku或ɑkv)

單位：J/cm2或J第四十六頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四沖擊吸收能量符號(hào)第四十七頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四第四十八頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四沖擊試樣第四十九頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四第五十頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四5.疲勞疲勞斷口的宏觀結(jié)構(gòu)取決于材料的性質(zhì)、加載方式、載荷大小等因素。高周疲勞斷口從宏觀來(lái)看，一般有三個(gè)區(qū)，即疲勞源、疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)（疲勞斷裂區(qū)）和瞬時(shí)斷裂區(qū)（靜斷區(qū)）。第五十一頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四高周疲勞疲勞斷裂壽命大于105以上周次，應(yīng)力在Rel以下。即交變應(yīng)力水平都處于彈性變形范圍內(nèi)。第五十二頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四低周疲勞疲勞壽命小于105周次，應(yīng)力在Rel以上或接近Rel。部件的設(shè)計(jì)應(yīng)力本身一般不會(huì)達(dá)到材料的屈服應(yīng)力，但部件上存在的缺口、開(kāi)孔、焊縫等部位的應(yīng)力集中使局部接近甚至進(jìn)入了彈塑性狀態(tài)，這種較小的局部塑性變形區(qū)通常又被廣大彈性區(qū)所約束，所以即使實(shí)際構(gòu)件的名義應(yīng)力處于彈性范圍，其關(guān)鍵部位卻已進(jìn)入彈塑性狀態(tài)。第五十三頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四第五十四頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四貝紋線從疲勞源向四周推進(jìn)，與裂紋擴(kuò)展方向相垂直，因而在與貝紋線垂直的相反方向。對(duì)著同心圓的圓心可以找到疲勞源所在地。通常在疲勞源附近，貝紋線較密集，而遠(yuǎn)離疲勞源區(qū)，由于有效面積減小，實(shí)際應(yīng)力增加，裂紋擴(kuò)展速率加快。故貝紋線較為稀疏。第五十五頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四當(dāng)斷口上有多個(gè)疲勞源時(shí)，根據(jù)疲勞源區(qū)附近貝紋線的疏密程度可以判斷疲勞源產(chǎn)生的先后次序。貝紋線還與材料性質(zhì)有關(guān)，即較小的間距表示材料韌性較好，疲勞裂紋擴(kuò)展速率較慢。在較軟的材料中易出現(xiàn)貝紋線，而在較硬的材料中則不易看到。第五十六頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四6.彎曲試驗(yàn)：是焊接接頭力學(xué)性能試驗(yàn)的主要項(xiàng)目。彎曲試驗(yàn)時(shí)，試樣截面上的應(yīng)力分布是不均勻的，表面應(yīng)力最大，因此可靈敏的反映材料表面缺陷。用來(lái)比較和鑒定滲碳層和表面淬火層等表面熱處理部件的質(zhì)量和性能。用于測(cè)定鑄鐵、鑄造合金、工具鋼、硬質(zhì)合金等脆性材料的斷裂強(qiáng)度，并能明顯地顯示出這類材料的塑性差別。如熱處理工藝對(duì)合金工具鋼的性能影響，常采用彎曲試驗(yàn)方法。第五十七頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四7.屈強(qiáng)比：材料的屈服極限和強(qiáng)度極限的比值，即Rel/Rm。提高屈強(qiáng)比可提高金屬材料抵抗開(kāi)始塑性變形的能力，有利于減輕部件的重量。但屈強(qiáng)比過(guò)高時(shí)又極易導(dǎo)致脆性斷裂。第五十八頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四8.高溫性能8.1.蠕變極限定義：高溫長(zhǎng)期載荷下材料抵抗塑性變形的能力。測(cè)定方法：給定溫度下，使試樣產(chǎn)生規(guī)定蠕變速率的應(yīng)力值。指標(biāo)：第五十九頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四如果不考慮環(huán)境介質(zhì)的影響，則可認(rèn)為材料的常溫靜載力學(xué)性能與載荷持續(xù)時(shí)間關(guān)系不大。但在高溫下，載荷持續(xù)時(shí)間對(duì)力學(xué)性能有很大影響。高溫下鋼的抗拉強(qiáng)度也隨載荷持續(xù)時(shí)間的增長(zhǎng)而降低。在高溫短時(shí)載荷作用下，材料的塑性增加。但在高溫長(zhǎng)時(shí)載荷作用下，金屬材料的塑性卻顯著降低，缺口敏感性增加，往往呈現(xiàn)脆性斷裂現(xiàn)象。第六十頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四溫度和時(shí)間的聯(lián)合作用還影響材料的斷裂路徑，隨著試驗(yàn)溫度升高，金屬的斷裂由常溫下常見(jiàn)的穿晶斷裂過(guò)渡到沿晶斷裂。這是因?yàn)闇囟壬邥r(shí)晶粒強(qiáng)度和晶界強(qiáng)度都要降低，但由于晶界上原子排列不規(guī)則，擴(kuò)散容易通過(guò)晶界進(jìn)行，因此，晶界強(qiáng)度下降較快。第六十一頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四約比溫度：T/Tm（T為試驗(yàn)溫度，Tm為金屬熔點(diǎn)，均為絕對(duì)溫度）。當(dāng)T/Tm＞0.5時(shí)定義為高溫。T/Tm＜0.5時(shí)定義為低溫。對(duì)于不同金屬材料，在同樣的約比溫度下，其蠕變行為相似，因而力學(xué)性能變化規(guī)律也是相同的。第六十二頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四

金屬的蠕變過(guò)程可用蠕變曲線來(lái)描述。

典型的蠕變曲線如圖

第六十三頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四不同材料在不同條件下的蠕變曲線是不相同的，同一種材料的蠕變曲線也隨應(yīng)力的大小和溫度的高低而異。第六十四頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四8.2.持久強(qiáng)度定義：高溫長(zhǎng)期載荷下材料抵抗斷裂的能力。測(cè)定方法：在一定溫度和規(guī)定時(shí)間內(nèi)，不發(fā)生蠕變斷裂的最大應(yīng)力值。指標(biāo)：第六十五頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四與常溫下的情況一樣，金屬材料在高溫下的變形抗力與斷裂抗力也是兩種不同的性能指標(biāo)。因此，對(duì)于高溫材料除測(cè)定蠕變極限外還必須測(cè)定其在高溫長(zhǎng)時(shí)載荷作用下抵抗斷裂的能力，即持久強(qiáng)度。高溫下鋼的抗拉強(qiáng)度隨載荷持續(xù)時(shí)間的增長(zhǎng)而降低。第六十六頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四金屬材料的持久強(qiáng)度，是在給定溫度（T）下，恰好使材料經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間（t）發(fā)生斷裂的應(yīng)力值，以（MPa）來(lái)表示。這里所指的規(guī)定時(shí)間是以機(jī)組的設(shè)計(jì)壽命為依據(jù)的。例如，對(duì)于鍋爐、汽輪機(jī)等，機(jī)組的設(shè)計(jì)壽命為數(shù)萬(wàn)小時(shí)以至數(shù)十萬(wàn)小時(shí)。而航空噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)則為一千或幾百小時(shí)。某材料在700℃承受30MPa的應(yīng)力作用，經(jīng)過(guò)1000h后斷裂，則稱這種材料在700℃、1000h的持久強(qiáng)度為30MPa，寫(xiě)成=30MPa。第六十七頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四金屬材料的持久強(qiáng)度是通過(guò)做持久試驗(yàn)測(cè)定的。持久試驗(yàn)與蠕變?cè)囼?yàn)相似，但較為簡(jiǎn)單，一般不需要在試驗(yàn)過(guò)程中測(cè)定試樣的伸長(zhǎng)量，只需測(cè)定試樣在給定溫度和一定應(yīng)力作用下的斷裂時(shí)間。對(duì)于設(shè)計(jì)壽命為數(shù)百至數(shù)千小時(shí)的機(jī)件，其材料的持久強(qiáng)度可以直接用同樣時(shí)間的試驗(yàn)來(lái)確定。但是對(duì)于設(shè)計(jì)壽命為數(shù)萬(wàn)至數(shù)十萬(wàn)小時(shí)的部件，要進(jìn)行這么長(zhǎng)時(shí)間的試驗(yàn)是比較困難的。因此，和蠕變?cè)囼?yàn)相似，一般做出一些應(yīng)力較大、斷裂時(shí)間較短（數(shù)百至數(shù)千小時(shí)）的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫(huà)在lgt－lgσ坐標(biāo)圖上，連成直線，用外推法求出數(shù)萬(wàn)以至數(shù)十萬(wàn)小時(shí)的持久強(qiáng)度。第六十八頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四通過(guò)持久強(qiáng)度試驗(yàn)，測(cè)量試樣在斷裂后的伸長(zhǎng)率及斷面收縮率，還能反映出材料在高溫下的持久塑性。許多鋼種在短時(shí)試樣時(shí)其塑性可能很高，但經(jīng)過(guò)高溫長(zhǎng)時(shí)加載后塑性有顯著降低的趨勢(shì)，有的持久塑性僅為1%左右，呈現(xiàn)出蠕變脆化現(xiàn)象。第六十九頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四9.斷裂力學(xué)簡(jiǎn)介9.1.金屬的斷裂⑴韌性斷裂：斷裂前有明顯的宏觀塑性變形，容易被檢測(cè)到和發(fā)現(xiàn)，危險(xiǎn)性小。⑵脆性斷裂：斷裂前沒(méi)有明顯的宏觀塑性變形，斷裂突然發(fā)生，很危險(xiǎn)。⑶低應(yīng)力脆性斷裂：工作應(yīng)力小于屈服應(yīng)力的斷裂，它往往是由于部件中存在宏觀裂紋引起的。第七十頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四9.2.傳統(tǒng)強(qiáng)度理論認(rèn)為合格的金屬材料內(nèi)部是均勻的、連續(xù)的、無(wú)缺陷的。在強(qiáng)度設(shè)計(jì)時(shí)，只要最大工作應(yīng)力小于材料的許用應(yīng)力，就認(rèn)為不會(huì)發(fā)生塑性變形而失效，更不會(huì)發(fā)生斷裂。但實(shí)際情況是，高強(qiáng)度和超高強(qiáng)度材料制造的部件經(jīng)常發(fā)生低應(yīng)力脆斷。第七十一頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四9.3.斷裂力學(xué)理論認(rèn)為金屬材料在冶煉、加工、使用過(guò)程中不可避免地會(huì)產(chǎn)生宏觀缺陷，正是這些宏觀裂紋（缺陷）在外力作用下失穩(wěn)擴(kuò)展，導(dǎo)致低應(yīng)力脆性斷裂的發(fā)生。斷裂力學(xué)理論研究宏觀裂紋尖端處的應(yīng)力、應(yīng)變情況，裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展條件與擴(kuò)展規(guī)律，并提出低應(yīng)力脆性斷裂的依據(jù)，為部件的帶傷安全運(yùn)行提出可靠依據(jù)。第七十二頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四9.4.斷裂韌度用來(lái)反映材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的能力，即抵抗脆性斷裂的指標(biāo)彈性材料指標(biāo)：K1c

塑性材料指標(biāo)：δc

第七十三頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四9.5斷裂力學(xué)計(jì)算方法1.裂紋尺寸：a12.裂紋尖端應(yīng)力：σ3.斷裂韌性：K1c4.應(yīng)力強(qiáng)度因子：K15.當(dāng)應(yīng)力強(qiáng)度因子KⅠ達(dá)到臨界值K1c時(shí),裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展導(dǎo)致斷裂：K1≥K1c第七十四頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四9.6應(yīng)力強(qiáng)度因子是表征材料斷裂的重要參量，是外力作用下彈性物體裂紋尖端附近應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度的一個(gè)參量。反映裂紋尖端彈性應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)弱的物理量稱為應(yīng)力強(qiáng)度因子。它和裂紋大小、構(gòu)件幾何尺寸以及外應(yīng)力有關(guān)。以應(yīng)力強(qiáng)度因子為參量的裂紋擴(kuò)展準(zhǔn)則——應(yīng)力強(qiáng)度因子準(zhǔn)則，成功地解釋了低應(yīng)力脆斷事故.應(yīng)力在裂紋尖端有奇異性，而應(yīng)力強(qiáng)度因子在裂紋尖端為有限值。裂紋分類：①?gòu)堥_(kāi)型；②滑移型；③剪切型。將線彈性斷裂力學(xué)用于工程實(shí)際時(shí)，要計(jì)算應(yīng)力強(qiáng)度因子。方法有：解析法：應(yīng)力函數(shù)法、積分變換法等數(shù)值法：有限單元法、邊界元法、邊界配置法等。查手冊(cè)：《應(yīng)力強(qiáng)度因子手冊(cè)》第七十五頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四三.與力學(xué)性能有關(guān)的金屬監(jiān)督概念1.鋼材的脆化2.高溫管道的蠕脹測(cè)量3.管道支吊架檢查與調(diào)整4.焊接殘余應(yīng)力測(cè)量5.鍋爐部件的薄弱環(huán)節(jié)6.材料代用原則第七十六頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四1.鋼材的脆化冷脆性：溫度降低時(shí)，韌性下降。脆性轉(zhuǎn)變溫度：FATT斷口形貌法NDT落錘試驗(yàn)法熱脆性：長(zhǎng)期在400～500

℃運(yùn)行的材料，冷卻至室溫時(shí)，沖擊韌性值會(huì)明顯下降。氫脆：鋼材中的氫會(huì)使材料的力學(xué)性能脆化?？列源嗷航橘|(zhì)內(nèi)含有很高的苛性鈉（NaOH），使鋼材腐蝕加劇而引起的脆化現(xiàn)象。第七十七頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.高溫管道的蠕脹測(cè)量執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：DL/T441-2004溫度≥450℃的主蒸汽管道再熱熱段蒸汽管道導(dǎo)汽管在安裝投產(chǎn)前必須安裝蠕脹測(cè)點(diǎn)，并進(jìn)行原始數(shù)據(jù)測(cè)量。在溫度較高部位設(shè)置監(jiān)視段，監(jiān)視段上應(yīng)有3組蠕脹測(cè)點(diǎn)。每個(gè)直管段上應(yīng)有一組蠕脹測(cè)點(diǎn)，每根管系上不少于10組蠕脹測(cè)點(diǎn)。集汽聯(lián)箱上導(dǎo)汽管不少于2組蠕脹測(cè)點(diǎn)。運(yùn)行10萬(wàn)小時(shí)以上的管道設(shè)監(jiān)察彎管。原則上在常溫下測(cè)量，最高溫度不能大于50℃。第七十八頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四判廢標(biāo)準(zhǔn)：1.蠕變恒速階段的蠕變速度≤1×10-5%/h可以使用。2.總的相對(duì)蠕變應(yīng)變?chǔ)胚_(dá)1%時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)鑒定。3.

總的相對(duì)蠕變應(yīng)變?chǔ)胚_(dá)2%時(shí)更換管子。第七十九頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四3.管道支吊架的檢查與調(diào)整DL／T616—2006《火力發(fā)電廠汽水管道與支吊架維修調(diào)整導(dǎo)則》新機(jī)組首次啟動(dòng)前和啟動(dòng)后，蒸汽參數(shù)達(dá)到額定值8h，以及停機(jī)后管道壁溫降至接近環(huán)境溫度時(shí)，應(yīng)各記錄一次各個(gè)支吊架的三向位移值。汽水管道首次試投運(yùn)時(shí)，在蒸汽溫度達(dá)到額定值8h后，應(yīng)對(duì)所有支吊架目測(cè)進(jìn)行，對(duì)彈性支吊架荷載標(biāo)尺或轉(zhuǎn)體位置、減振器及阻尼器行程、剛性支吊架及限位支吊架狀態(tài)進(jìn)行記錄。發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)分析原因，并進(jìn)行調(diào)整或處理。第八十頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四機(jī)組大修停機(jī)后，待管道壁溫降至接近環(huán)境溫度時(shí)，以及重新啟動(dòng)待蒸汽參數(shù)達(dá)到額定值8h后，應(yīng)各記錄一次各個(gè)支吊架的三向位移值。大范圍拆除保溫之前，應(yīng)將彈簧支吊架、恒力支吊架暫時(shí)鎖定，保溫恢復(fù)后應(yīng)解除鎖定。對(duì)蒸汽管道做水壓試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)將彈簧支吊架和恒力支吊架進(jìn)行鎖定。如無(wú)法鎖定或鎖定后其承載能力不足時(shí)，應(yīng)對(duì)部分支吊架進(jìn)行臨時(shí)加固或增設(shè)臨時(shí)支吊架，加固或增設(shè)的支吊架要經(jīng)計(jì)算核準(zhǔn)。第八十一頁(yè)，共九十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四主蒸汽管道、高低溫再熱蒸汽管道、高壓給水管道等重要管道運(yùn)行3萬(wàn)小時(shí)到4萬(wàn)小時(shí)及以后每次大修時(shí)，應(yīng)對(duì)管道和所有支吊架的管部、根部、連接件、彈簧組件、減振器