金屬力學(xué)性能

關(guān)于金屬力學(xué)性能目錄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)的失效實例第2頁,共91頁，2024年2月25日，星期天一、金屬材料的力學(xué)性能強度：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、持久強度第3頁,共91頁，2024年2月25日，星期天二、力學(xué)性能指標(biāo)1.強度金屬在外力（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主要強度指標(biāo)：抗拉強度Rm

屈服強度Rel

舊標(biāo)準(zhǔn)中Rm用бb表示，

Rel用бs表示第4頁,共91頁，2024年2月25日，星期天非標(biāo)試樣－矩形試樣第5頁,共91頁，2024年2月25日，星期天屈服強度：金屬材料在拉伸試驗時產(chǎn)生的屈服現(xiàn)象是開始產(chǎn)生宏觀塑性變形的一種標(biāo)志。由于部件在實際使用過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)生了過量塑性變形失效。第6頁,共91頁，2024年2月25日，星期天第7頁,共91頁，2024年2月25日，星期天第8頁,共91頁，2024年2月25日，星期天強度計算公式：拉伸試樣原始截面積：拉伸試樣斷后截面積：屈服強度：單位：MPa抗拉強度：單位：MPa第9頁,共91頁，2024年2月25日，星期天合金鋼的屈服點：條件屈服強度：規(guī)定的塑性變形量一般為0.2％，即規(guī)定的引伸計標(biāo)距0.2％時相對應(yīng)的應(yīng)力，相應(yīng)的屈服強度為Rr0.2－－產(chǎn)生0.2％殘余伸長時的載荷。第10頁,共91頁，2024年2月25日，星期天2.塑性金屬在外力作用下，抵抗永久變形而不會被破壞的能力?，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11頁,共91頁，2024年2月25日，星期天2.1延伸率第12頁,共91頁，2024年2月25日，星期天2.2斷面收縮率第13頁,共91頁，2024年2月25日，星期天當(dāng)斷裂處不在標(biāo)距中心時：斷裂位置對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段試樣可直接測量L1；斷在標(biāo)距兩端1/3段時，要求用位移法換算成相當(dāng)于斷在正中時的延伸率。第14頁,共91頁，2024年2月25日，星期天第15頁,共91頁，2024年2月25日，星期天第16頁,共91頁，2024年2月25日，星期天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17頁,共91頁，2024年2月25日，星期天布氏硬度HBGB/T231.1-2009新規(guī)定：取消了用鋼球壓頭進行試驗的規(guī)定，僅使用硬質(zhì)合金球壓頭，試驗范圍上限為650HBW第18頁,共91頁，2024年2月25日，星期天布氏硬度HB第19頁,共91頁，2024年2月25日，星期天第20頁,共91頁，2024年2月25日，星期天GB/T231.1-2002新規(guī)定：1.取消了用鋼球壓頭進行試驗的規(guī)定，僅使用硬質(zhì)合金球壓頭，試驗范圍上限為650HBW。2.對試樣最小厚度規(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21頁,共91頁，2024年2月25日，星期天布氏硬度值標(biāo)記布氏硬度值與試驗條件有關(guān)，硬度值標(biāo)記由4種符號組成：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.試驗力的保持時間：黑色金屬為10s、有色金屬為30s、對HBS<35的材料為60s、10~15s時不標(biāo)注第22頁,共91頁，2024年2月25日，星期天例：120HBS10/1000/30例：500HBW5/750第23頁,共91頁，2024年2月25日，星期天應(yīng)特別注意的是：對于不同的試驗材料，當(dāng)使用不同的試驗力時，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)，所測硬度才有效。因此在試驗中，對于給定試驗材料，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24頁,共91頁，2024年2月25日，星期天GB/T1172-1999《黑色金屬硬度及強度換算值》布什氏度與強度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一步與б-1聯(lián)系起來。第25頁,共91頁，2024年2月25日，星期天優(yōu)點：精確度高，對試樣制備要求不高，一般用在仲裁試驗。缺點：不適合測定HB>650的材料，因為材料的硬度太高容易引起鋼球變形，使測定結(jié)果不準(zhǔn)確。測量方法繁瑣，效率低。第26頁,共91頁，2024年2月25日，星期天洛氏硬度HR原理：測量壓痕深度。條件：盡可能保證試驗面是平面。執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：GB/T230.1-2009《洛氏硬度試驗方法》試樣厚度：用金剛石圓錐壓頭試驗時，試樣厚度應(yīng)不小于壓痕深度的10倍。用鋼球壓頭試驗時，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27頁,共91頁，2024年2月25日，星期天不同標(biāo)尺的測量范圍：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)尺的試驗條件進行試驗。同樣，硬度低于HRC20，應(yīng)換用B標(biāo)尺試驗。硬度高于HRC70，應(yīng)換用A標(biāo)尺試驗。第28頁,共91頁，2024年2月25日，星期天HRA：用來測定HB>700的高硬材料。HRB：用來測定HB=60~230之間比較軟的金屬及低碳鋼。HRC：用來測定HB=230~700的調(diào)質(zhì)鋼及淬火鋼。第29頁,共91頁，2024年2月25日，星期天洛氏硬度優(yōu)點：1.可測高硬度材料2.壓痕小，可測成品和薄板，對工件無損壞。3.測量方法簡便，從刻度盤直接讀出硬度值。缺點：1.壓痕小，結(jié)果準(zhǔn)確性低，通常應(yīng)多測幾點取其平均值。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行比較。

第30頁,共91頁，2024年2月25日，星期天維氏硬度HV以四方錐體型金剛石壓頭壓入試樣表面，保持一定時間后卸載，測定壓痕兩對角線長度取平均值。主要用于測定顯微硬度。優(yōu)點：精度高、測量范圍寬(軟硬材料都可以測試)、不同標(biāo)尺的硬度能夠統(tǒng)一。缺點：測定繁瑣，工作效率低。第31頁,共91頁，2024年2月25日，星期天第32頁,共91頁，2024年2月25日，星期天里氏硬度HL測量鋼球沖擊試樣表面回彈時，距試樣表面1mm處的回跳速度。執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：GB/T17394-1998《金屬里氏硬度試驗方法》HL=VB/VA×1000其中：VB：回跳速度VA：沖擊速度優(yōu)點：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33頁,共91頁，2024年2月25日，星期天里氏硬度是一種動態(tài)硬度試驗方法，考察的是材料的彈性形變，表現(xiàn)為反彈速度的大小。測試時材料種類的選擇里氏硬度試驗法是一種動載測試方法，它的測試值與金屬的彈性模量E有關(guān)，材料不同所對應(yīng)的彈性模量也不同，因而應(yīng)按材料的種類進行分類測試。第34頁,共91頁，2024年2月25日，星期天測試時對工件的要求將被測試件上的油漆、氧化皮、麻點打磨掉，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。被測試樣表面的曲率半徑應(yīng)≥30mm。第35頁,共91頁，2024年2月25日，星期天測試操作時注意事項1.測試前應(yīng)用硬度標(biāo)塊對儀器進行檢驗（示值誤差±12HLD）。數(shù)值偏差超過標(biāo)準(zhǔn)時應(yīng)給予校準(zhǔn)。2.在大批量檢驗過程中應(yīng)經(jīng)常用硬度標(biāo)塊對儀器進行校對，在檢驗工作完成后也應(yīng)對儀器進行校對，確認(rèn)在整個測試過程中硬度計的測試誤差在規(guī)定范圍內(nèi)。以保證測試結(jié)果的真實性。第36頁,共91頁，2024年2月25日，星期天測試操作時注意事項3.選擇被測材料種類。4.選擇沖擊方向，沖擊方向應(yīng)垂直于試驗面。5.給沖擊裝置加載時，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，否則極易損壞機件。第37頁,共91頁，2024年2月25日，星期天測試操作時注意事項6.給加載套管加載時，不可將沖擊裝置支撐在試件上。7.測試前應(yīng)擦去試件表面的油污、鐵屑、灰塵。8.按釋放按鈕時不可過快、過重，以致使加載套管移動，測試值失準(zhǔn)。第38頁,共91頁，2024年2月25日，星期天測試操作時注意事項9.每兩次測試時間間隔不應(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.不可在同一點上重復(fù)測試，否則會引起較大的誤差。同時會減少傳感器的使用壽命。12.測試數(shù)據(jù)的分散不應(yīng)超過平均值的±15HL。第39頁,共91頁，2024年2月25日，星期天測試操作時注意事項13.應(yīng)保證沖擊瞬間垂直位置偏差在0.5mm之內(nèi)，否則會使硬度值偏低。14.對曲率半徑小的工件可使用異性支撐環(huán)，（測外圓柱面、內(nèi)圓柱面、外球面、內(nèi)球面、不規(guī)則曲面），以保證測試方向能夠垂直試件表面。第40頁,共91頁，2024年2月25日，星期天測試操作時注意事項15.試樣重量小于5公斤時應(yīng)夾持。16.試件不應(yīng)帶有磁性，帶有磁性的試件將使測量值偏低。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41頁,共91頁，2024年2月25日，星期天里氏硬度的換算(GB/T17394-1998)1.測試的里氏值是通過與其它標(biāo)準(zhǔn)的靜載荷硬度值（布氏、維氏、洛氏）對比曲線，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，受到相互比較中測量不可靠性的影響，因此換算會不可避免的帶來不同程度的誤差，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42頁,共91頁，2024年2月25日，星期天里氏硬度的換算(GB/T17394-1998)4.同一換算范圍某些材料可能適應(yīng)性很好，而對另一些材料可能誤差較大。5.不同來源的換算表之間存在差別，國內(nèi)研制的換算表與瑞士換算表之間在某個硬度范圍有差異是不可避免的。6.換算時一定要注意換算表適用條件，否則誤差會較大。為了獲得比較可靠的換算關(guān)系，應(yīng)對具體材料作對比試驗，將數(shù)據(jù)處理后作出具體換算值或換算曲線。第43頁,共91頁，2024年2月25日，星期天例如：每一點硬度值需打3點布氏硬度壓痕，每個壓痕周圍均勻分布地測定5點里氏硬度，得出里氏硬度平均值和布氏硬度平均值的對應(yīng)關(guān)系，做出硬度對比曲線。對比曲線至少應(yīng)包括三組對應(yīng)的數(shù)據(jù)。第44頁,共91頁，2024年2月25日，星期天試驗結(jié)果處理：用5個有效試驗點的平均值作為1個里氏硬度試驗數(shù)據(jù)。盡量避免將里氏硬度換算成其他硬度，當(dāng)必須進行換算時可參考附錄。里氏硬度表示方法：700HLD、450HLG。用里氏硬度換算的其他硬度，應(yīng)在里氏硬度符號之前附以相應(yīng)的硬度符號：400HVHLD。第45頁,共91頁，2024年2月25日，星期天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46頁,共91頁，2024年2月25日，星期天沖擊吸收能量符號第47頁,共91頁，2024年2月25日，星期天第48頁,共91頁，2024年2月25日，星期天沖擊試樣第49頁,共91頁，2024年2月25日，星期天第50頁,共91頁，2024年2月25日，星期天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看，一般有三個區(qū)，即疲勞源、疲勞裂紋擴展區(qū)（疲勞斷裂區(qū)）和瞬時斷裂區(qū)（靜斷區(qū)）。第51頁,共91頁，2024年2月25日，星期天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52頁,共91頁，2024年2月25日，星期天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)計應(yīng)力本身一般不會達到材料的屈服應(yīng)力，但部件上存在的缺口、開孔、焊縫等部位的應(yīng)力集中使局部接近甚至進入了彈塑性狀態(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)鍵部位卻已進入彈塑性狀態(tài)。第53頁,共91頁，2024年2月25日，星期天第54頁,共91頁，2024年2月25日，星期天貝紋線從疲勞源向四周推進，與裂紋擴展方向相垂直，因而在與貝紋線垂直的相反方向。對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，而遠離疲勞源區(qū)，由于有效面積減小，實際應(yīng)力增加，裂紋擴展速率加快。故貝紋線較為稀疏。第55頁,共91頁，2024年2月25日，星期天當(dāng)斷口上有多個疲勞源時，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56頁,共91頁，2024年2月25日，星期天6.彎曲試驗：是焊接接頭力學(xué)性能試驗的主要項目。彎曲試驗時，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。用于測定鑄鐵、鑄造合金、工具鋼、硬質(zhì)合金等脆性材料的斷裂強度，并能明顯地顯示出這類材料的塑性差別。如熱處理工藝對合金工具鋼的性能影響，常采用彎曲試驗方法。第57頁,共91頁，2024年2月25日，星期天7.屈強比：材料的屈服極限和強度極限的比值，即Rel/Rm。提高屈強比可提高金屬材料抵抗開始塑性變形的能力，有利于減輕部件的重量。但屈強比過高時又極易導(dǎo)致脆性斷裂。第58頁,共91頁，2024年2月25日，星期天8.高溫性能8.1.蠕變極限定義：高溫長期載荷下材料抵抗塑性變形的能力。測定方法：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59頁,共91頁，2024年2月25日，星期天如果不考慮環(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)時間關(guān)系不大。但在高溫下，載荷持續(xù)時間對力學(xué)性能有很大影響。高溫下鋼的抗拉強度也隨載荷持續(xù)時間的增長而降低。在高溫短時載荷作用下，材料的塑性增加。但在高溫長時載荷作用下，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60頁,共91頁，2024年2月25日，星期天溫度和時間的聯(lián)合作用還影響材料的斷裂路徑，隨著試驗溫度升高，金屬的斷裂由常溫下常見的穿晶斷裂過渡到沿晶斷裂。這是因為溫度升高時晶粒強度和晶界強度都要降低，但由于晶界上原子排列不規(guī)則，擴散容易通過晶界進行，因此，晶界強度下降較快。第61頁,共91頁，2024年2月25日，星期天約比溫度：T/Tm（T為試驗溫度，Tm為金屬熔點，均為絕對溫度）。當(dāng)T/Tm＞0.5時定義為高溫。T/Tm＜0.5時定義為低溫。對于不同金屬材料，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62頁,共91頁，2024年2月25日，星期天

金屬的蠕變過程可用蠕變曲線來描述。

典型的蠕變曲線如圖

第63頁,共91頁，2024年2月25日，星期天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64頁,共91頁，2024年2月25日，星期天8.2.持久強度定義：高溫長期載荷下材料抵抗斷裂的能力。測定方法：在一定溫度和規(guī)定時間內(nèi)，不發(fā)生蠕變斷裂的最大應(yīng)力值。指標(biāo)：第65頁,共91頁，2024年2月25日，星期天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，對于高溫材料除測定蠕變極限外還必須測定其在高溫長時載荷作用下抵抗斷裂的能力，即持久強度。高溫下鋼的抗拉強度隨載荷持續(xù)時間的增長而降低。第66頁,共91頁，2024年2月25日，星期天金屬材料的持久強度，是在給定溫度（T）下，恰好使材料經(jīng)過規(guī)定時間（t）發(fā)生斷裂的應(yīng)力值，以（MPa）來表示。這里所指的規(guī)定時間是以機組的設(shè)計壽命為依據(jù)的。例如，對于鍋爐、汽輪機等，機組的設(shè)計壽命為數(shù)萬小時以至數(shù)十萬小時。而航空噴氣發(fā)動機則為一千或幾百小時。某材料在700℃承受30MPa的應(yīng)力作用，經(jīng)過1000h后斷裂，則稱這種材料在700℃、1000h的持久強度為30MPa，寫成=30MPa。第67頁,共91頁，2024年2月25日，星期天金屬材料的持久強度是通過做持久試驗測定的。持久試驗與蠕變試驗相似，但較為簡單，一般不需要在試驗過程中測定試樣的伸長量，只需測定試樣在給定溫度和一定應(yīng)力作用下的斷裂時間。對于設(shè)計壽命為數(shù)百至數(shù)千小時的機件，其材料的持久強度可以直接用同樣時間的試驗來確定。但是對于設(shè)計壽命為數(shù)萬至數(shù)十萬小時的部件，要進行這么長時間的試驗是比較困難的。因此，和蠕變試驗相似，一般做出一些應(yīng)力較大、斷裂時間較短（數(shù)百至數(shù)千小時）的試驗數(shù)據(jù)，畫在lgt－lgσ坐標(biāo)圖上，連成直線，用外推法求出數(shù)萬以至數(shù)十萬小時的持久強度。第68頁,共91頁，2024年2月25日，星期天通過持久強度試驗，測量試樣在斷裂后的伸長率及斷面收縮率，還能反映出材料在高溫下的持久塑性。許多鋼種在短時試樣時其塑性可能很高，但經(jīng)過高溫長時加載后塑性有顯著降低的趨勢，有的持久塑性僅為1%左右，呈現(xiàn)出蠕變脆化現(xiàn)象。第69頁,共91頁，2024年2月25日，星期天9.斷裂力學(xué)簡介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，容易被檢測到和發(fā)現(xiàn)，危險性小。⑵脆性斷裂：斷裂前沒有明顯的宏觀塑性變形，斷裂突然發(fā)生，很危險。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70頁,共91頁，2024年2月25日，星期天9.2.傳統(tǒng)強度理論認(rèn)為合格的金屬材料內(nèi)部是均勻的、連續(xù)的、無缺陷的。在強度設(shè)計時，只要最大工作應(yīng)力小于材料的許用應(yīng)力，就認(rèn)為不會發(fā)生塑性變形而失效，更不會發(fā)生斷裂。但實際情況是，高強度和超高強度材料制造的部件經(jīng)常發(fā)生低應(yīng)力脆斷。第71頁,共91頁，2024年2月25日，星期天9.3.斷裂力學(xué)理論認(rèn)為金屬材料在冶煉、加工、使用過程中不可避免地會產(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)擴展條件與擴展規(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行提出可靠依據(jù)。第72頁,共91頁，2024年2月25日，星期天9.4.斷裂韌度用來反映材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴展的能力，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73頁,共91頁，2024年2月25日，星期天9.5斷裂力學(xué)計算方法1.裂紋尺寸：a12.裂紋尖端應(yīng)力：σ3.斷裂韌性：K1c4.應(yīng)力強度因子：K15.當(dāng)應(yīng)力強度因子KⅠ達到臨界值K1c時,裂紋失穩(wěn)擴展導(dǎo)致斷裂：K1≥K1c第74頁,共91頁，2024年2月25日，星期天9.6應(yīng)力強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)力場強度的一個參量。反映裂紋尖端彈性應(yīng)力場強弱的物理量稱為應(yīng)力強度因子。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)力強度因子為參量的裂紋擴展準(zhǔn)則——應(yīng)力強度因子準(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)力強度因子在裂紋尖端為有限值。裂紋分類：①張開型；②滑移型；③剪切型。將線彈性斷裂力學(xué)用于工程實際時，要計算應(yīng)力強度因子。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：《應(yīng)力強度因子手冊》第75頁,共91頁，2024年2月25日，星期天三.與力學(xué)性能有關(guān)的金屬監(jiān)督概念1.鋼材的脆化2.高溫管道的蠕脹測量3.管道支吊架檢查與調(diào)整4.焊接殘余應(yīng)力測量5.鍋爐部件的薄弱環(huán)節(jié)6.材料代用原則第76頁,共91頁，2024年2月25日，星期天1.鋼材的脆化冷脆性：溫度降低時，韌性下降。脆性轉(zhuǎn)變溫度：FATT斷口形貌法NDT落錘試驗法熱脆性：長期在400～500

℃運行的材料，冷卻至室溫時，沖擊韌性值會明顯下降。氫脆：鋼材中的氫會使材料的力學(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77頁,共91頁，2024年2月25日，星期天2.高溫管道的蠕脹測量執(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)前必須安裝蠕脹測點，并進行原始數(shù)據(jù)測量。在溫度較高部位設(shè)置監(jiān)視段，監(jiān)視段上應(yīng)有3組蠕脹測點。每個直管段上應(yīng)有一組蠕脹測點，每根管系上不少于10組蠕脹測點。集汽聯(lián)箱上導(dǎo)汽管不少于2組蠕脹測點。運行10萬小時以上的管道設(shè)監(jiān)察彎管。原則上在常溫下測量，最高溫度不能大于50℃。第78頁,共91頁，2024年2月25日，星期天判廢標(biāo)準(zhǔn)：1.蠕變恒速階段的蠕變速度≤1×10-5%/h可以使用。2.總的相對蠕變應(yīng)變ε達1%時進行試驗鑒定。3.

總的相對蠕變應(yīng)變ε達2%時更換管子。第79頁,共91頁，2024年2月25日，星期天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》新機組首次啟動前和啟動后，蒸汽參數(shù)達到額定值8h，以及停機后管道壁溫降至接近環(huán)境溫度時，應(yīng)各記錄一次各個支吊架的三向位移值。汽水管道首次試投運時，在蒸汽溫度達到額定值8h后，應(yīng)對所有支吊架目測進行，對彈性支吊架荷載標(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)進行記錄。發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)分析原因，并進行調(diào)整或處理。第80頁,共91頁，2024年2月25日，星期天機組大修停機后，待管道壁溫降至接近環(huán)境溫度時，以及重新啟動待蒸汽參數(shù)達到額定值8h后，應(yīng)各記錄一次各個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、恒力支吊架暫時鎖定，保溫恢復(fù)后應(yīng)解除鎖定。對蒸汽管道做水壓試驗時，應(yīng)將彈簧支吊架和恒力支吊架進行鎖定。如無法鎖定或鎖定后其承載能力不足時，應(yīng)對部分支吊架進行臨時加固或增設(shè)臨時支吊架，加固或增設(shè)的支吊架要經(jīng)計算核準(zhǔn)。第81頁,共91頁，2024年2月25日，星期天主蒸汽管道、高低溫再熱蒸汽管道、高壓給水管道等重要管道運行3萬小時到4萬小時及以后每次大修時，應(yīng)對管道和所有支吊架的管部、根部、連接件、彈簧組件、減振器與阻尼器進行一次全面檢查