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腐蚀环境中的所谓静力疲劳或延迟断裂大口径不锈钢管

放大字体  缩小字体 发布日期:2019-09-30  浏览次数:0 选择视力保护色:

[摘要]对于大口径不锈钢管用热处理来消除疲劳损伤的概念尚有争论。例如,Sinclair与Dolance2)发现,当7 0-30黄铜在每一个20%疲劳寿命时

 对于大口径不锈钢管用热处理来消除疲劳损伤的概念尚有争论。例如,Si—nclair与Dolance2)发现,当7 0-30黄铜在每一个20%疲劳寿命时进行周期再结晶热处理,对其总寿命没有影响。Berry等人(63)发现高纯度的多晶体铝,在每一个20%疲劳寿命进行3000lr(1490C)周期退火时,将使疲劳寿命延长30~60%。Alden与Backofenc64)发现,热处理对高纯铝单晶体的疲劳寿命不产生影响,除非将大口径不锈钢管热处理周期地增加到每25循环一次(N +~i05循环)。金相检查表明,在25循环以后一些滑移带中将产生疲劳裂纹,一旦产生之后,热处理对裂纹以后的成长就不再有影响。在产生以前,退火可以明显消除滑移带中的预裂纹损伤,并使材料恢复其原始状态。
  
  近来Sandorc6S)对热处理问题进行了评述,并提出,提高疲劳寿命只能通过频繁退火的结论。他用试验证明铜必须在每0.1%估计寿命下重复退火才能提高寿命两倍。对于软钢,在每8%估计寿命下进行热处理,能够提高大口径不锈钢管寿命两倍。每1010寿命下加热可使寿命提高100倍!改进钢的疲劳寿命主要是由于应变时效造成的,即在恒定应力循环下暂时地减少其循环范性应变范围。除非频繁地进行这种处理,疲劳软化才不会抵销其改进作用。在任何情况下,大口径不锈钢管热处理不能减轻或消除存在于金属内部的疲劳损伤裂纹。
  
  沉淀硬化合金(如2000或7000系铝合金)的热处理,可以造成合金的过时效和软化。这些合金的热处理,只应在对其冶金效果充分了解后进行。
  
  中华不锈钢网编辑部获悉:环境对裂纹成长速率起着极大的作用,和温度一样,可能影响着断裂机理。例如在真空中,大口径不锈钢管不出现第Ⅱ阶段成长的条纹,表明它的范性钝化过程发生重大变化,其细节尚不了解。腐蚀环境的存在,往往使塑性断裂变为脆性断裂形式。一般说来,其作用是由于环境的侵蚀加快7裂纹成长速率。各种材料在大气中的主要劲敌是水蒸汽。水蒸汽会提高4340钢、大口径不锈钢管、18N1马氏体时效钢、黄铜、大多数钛合金、铝及其合金以及其他一些材料的裂纹成长速率C41)。对Cu-Mg合金的典型影响是在潮湿空气中的裂纹成长速率,比在3×10'8托真空下的高十倍左右。
  
  水蒸汽压力与da/dN的关系,对大多数材料来说也是典型的,总寿命Nf与压力关系绘制的曲线,在形状上是相似的。过渡压力尸,一般是l0.l~l0.2托。该曲线的形状与尸,的大小,可用一般公认的环境侵蚀的方式来理解。大口径不锈钢管在常压下,水蒸汽与裂纹尖端新生的表面发生作用,从而加速了纹的延伸(其机理尚未了解)。当水蒸汽压力减小时,只要水蒸汽在拉伸的半循环中可以扩散进去,并覆盖着裂纹新生的表面以前,侵蚀是不起作用的。在过渡压力范围内,新生的表面不可能全部被覆盖,继续减少压力使裂纹尖端“贫乏”,直到没有足够的水蒸汽达到尖端以造成有害的侵蚀为止。因此裂纹扩展可在大口径不锈钢管没有侵蚀作用下继续进行下去。由于和裂纹新生表面起作用的时间与l/f成正比(其中,为加载频率),在不同频率下进行试验,应当能使尸,发生位移;这一效应已被发现(42J。对P,估计值所推导出的理论公式相当成功c43),因此,环境侵蚀的吸收模型目前已被广泛接受。
  
  中华不锈钢网编辑部获悉:一般不能由微观裂纹来鉴别。大口径不锈钢管在蠕变曝温的情况下,往往被迫由人们的观察和假设加以外推,除了显微结构变化而带来的机械性能降低以外,还要考虑到亚显微孔穴的存在。此外,与室温疲劳的局部断裂特征相反,蠕变损伤往往表现为一种整体的过程。
  
  Grosskreutz已经讨论了某些温度对形变和断裂的作用。我们同意这些观点,即任何随温度变化的形变或断裂机理也必须与时间有关;例外的情况是大口径不锈钢管在燃气涡轮材料不重要的经典的脆性断裂,其中温度仅仅是通过弹性常数和表面对断裂应力发生影H向,而与时间无关。这里并不涉及脆性材料在腐蚀环境中的所谓静力疲劳或延迟断裂,但是,将要探讨化学反应(特别是在高温)在存在循环应变下的作用。
  
  与时间有关的疲劳的许多方面曾进行了研究,最简单的一种可能是加载频率的影响。人们往往发现失效循环数与疲劳极限是随着频率的降低而减少的。可将这一影响解释为以下因素造成的:(a)大口径不锈钢管由于蠕变或应力弛豫造成局部范性应变范围的增加;(b)加载循环的拉伸部分的期间,产生“蠕变损伤”;(c)循环压缩部分未使拉伸加载所造成的损伤愈合,甚至使该断裂过程加速;(d)在有正平均应力时,可能产生净拉伸延伸(“制动”),这将“消耗”材料的一些塑性;(口)形变特征随应变速率而改变;(f)环境或冶金不稳定性的作用,会降低循环寿命。因此,即使蠕变与疲劳之间最简单的交互作用,也是一个困难问题。
  
  中华不锈钢网编辑部获悉:另一方面是循环蠕变,包含着一个应力的恒定部分和一个或多个循环部分;一个特殊情况是间断蠕变,其中载荷周期地被卸除或在数量上有所减少。目前还不能确切地知道,在什么条件下断裂是由疲劳或蠕变所造成的。大口径不锈钢管循环形状的影响是一个更为复杂的因素。用循环的应变速率程序来改变形变与断裂特征是可能的。但是最难处理的问题是涡轮零件的使用周期。该零件在一个温度的形变又加上另一个温度下的时间和应变——而应变和温度几乎可与时间成函数关系。这里,在热疲劳的一般情况下,其基本问题是循环的后一部分对循环的前一部分中的形变和断裂改变到什么程度。

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