服務(wù)熱線：橢圓形封頭用金屬材料的機(jī)械性能詳解
2016年07月04日
滄州五森管道有限公司
橢圓形封頭用材料的機(jī)械性能是指在外力的作用下，材料抵抗破裂和過(guò)度變形的能力。它包括材料的強(qiáng)度指標(biāo)、彈性指標(biāo)、塑性指標(biāo)、韌性指標(biāo)、疲勞強(qiáng)度、斷裂韌度和硬度等。
1、強(qiáng)度指標(biāo)
橢圓形封頭用材料的強(qiáng)度指標(biāo)是決定其許用應(yīng)力值的依據(jù)。設(shè)計(jì)中常用的有拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)、剪切的強(qiáng)度極限b和屈服極限s，高溫時(shí)還要考慮蠕變極限n和高溫持久極限D(zhuǎn)。
強(qiáng)度極限b是指橢圓形封頭材料在外力的作用下，由開(kāi)始加載到斷裂時(shí)為止所能承受的 應(yīng)力。它是反映材料抵抗大量均勻塑性變形的強(qiáng)度指標(biāo)。
屈服強(qiáng)度s是指材料在外力的作用下，由開(kāi)始加載到剛出現(xiàn)塑性變形時(shí)所承受的應(yīng)力。它是反映材料抵抗微量塑性變形的強(qiáng)度指標(biāo)。對(duì)某些橢圓形封頭用材料，在加載試驗(yàn)時(shí)，其應(yīng)力應(yīng)變圖中沒(méi)有明顯的屈服平臺(tái)，此時(shí) 以產(chǎn)生0.2%塑性變形時(shí)的應(yīng)力作為該種材料的屈服極限，并用0.2表示。
蠕變極限n是指在一定的溫度條件下，材料受外力作用在經(jīng)歷10萬(wàn)小時(shí)時(shí)間后產(chǎn)生的塑性變形量為1%時(shí)的應(yīng)力。高溫持久極限D(zhuǎn)是指在一定的溫度條件下，材料受外力作用在經(jīng)歷10萬(wàn)小時(shí)時(shí)間后產(chǎn)生斷裂時(shí)的應(yīng)力。蠕變極限n和高溫持久極限D(zhuǎn)均是高溫下材料抵抗破壞的強(qiáng)度指標(biāo)。
2、彈性指標(biāo)
橢圓形封頭彈性指標(biāo)是穩(wěn)定性計(jì)算的主要依據(jù)，它包括的參數(shù)主要有彈性量E等。
彈性模量E是指材料在外力作用下產(chǎn)生單位彈性變形所需要的應(yīng)力。它是反映材料抵抗彈性變形能力的指標(biāo)，相當(dāng)于普通彈簧中的剛度。
3、塑性指標(biāo)和韌性指標(biāo)
塑性指標(biāo)和韌性指標(biāo)是材料受沖擊載荷作用時(shí)的主要設(shè)計(jì)依據(jù)，也是低溫或超低溫條件下對(duì)材料使用性考核的一個(gè)重要指標(biāo)。其中，塑性指標(biāo)包括的參數(shù)主要有橢圓形封頭用材料的延伸率δ、斷面收縮率ψ。韌性指標(biāo)包括的參數(shù)主要有材料的沖擊韌性αk和沖擊功Ak等。
延伸率δ是指試樣發(fā)生拉伸破壞時(shí)，產(chǎn)生的塑性變形量與原試樣長(zhǎng)度比值的百分?jǐn)?shù)。根據(jù)所選試樣長(zhǎng)度是試樣直徑的5倍還是10倍，延延率δ分別有δ5和δ10兩個(gè)數(shù)據(jù)。斷面收縮率ψ是指試樣發(fā)生拉伸破壞時(shí)，其縮頸處的橫截面積縮小量與試樣原橫截面積比值的百分?jǐn)?shù)。延伸率和截面收縮率均是反映橢圓形封頭用材料塑性的指標(biāo)。一般情況下，δ5<5%的材料為脆性材料。
沖擊功Ak是指試樣在進(jìn)行缺口沖擊試驗(yàn)時(shí)，擺錘沖擊消耗在試樣上的能量。而消耗在試樣單位截面上的沖擊功 是沖擊韌性αk。它們是反映材料抗沖擊載荷破壞的性能指標(biāo)，或者說(shuō)是反映橢圓形封頭用材料韌性的一個(gè)性能指標(biāo)。
由于沖擊功僅為試樣缺口附近參加變形的體積所吸收，而此體積通常又無(wú)法測(cè)量，且在同一斷面上每一部分的變形也不一致，因此用單位截面積上的沖擊功（即沖擊韌性）αk來(lái)判斷材料韌性的方法在國(guó)內(nèi)外已逐漸被淘汰，而應(yīng)用較多的則是沖擊功Ak。
橢圓形封頭用材料的塑性指標(biāo)和韌性指標(biāo)與其強(qiáng)度指標(biāo)和彈性指標(biāo)不同，它們不直接參與力學(xué)計(jì)算，而僅僅定性地反映材料的性能。
4、疲勞強(qiáng)度
疲勞強(qiáng)度是指材料在交變應(yīng)力的作用下，發(fā)生破壞時(shí)的 應(yīng)力，通常用疲勞持久極限來(lái)衡量，即橢圓形封頭用材料在交變應(yīng)力的作用下，經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次（一般規(guī)定大于106次107次）的應(yīng)力循環(huán)也不會(huì)導(dǎo)致疲勞破壞時(shí)的 應(yīng)力。它是反映材料抗交變應(yīng)力破壞的強(qiáng)度指標(biāo)。
5、斷裂韌度
斷裂韌度是指橢圓形封頭用材料在受力狀態(tài)下，內(nèi)部的裂紋剛剛擴(kuò)展時(shí)其裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子達(dá)到的臨界值。如果應(yīng)力強(qiáng)度因子超過(guò)這一臨界值（即斷裂韌度），裂紋將會(huì)擴(kuò)展而導(dǎo)致材料斷裂。斷裂韌度是判斷材料內(nèi)部裂紋危險(xiǎn)性的一個(gè)指標(biāo)，該指標(biāo)常被用在斷裂力學(xué)設(shè)計(jì)中，或者用于在役壓力管道的 性和剩余壽命的評(píng)估上。
6、硬度
硬度是指材料抵抗外物壓入的能力，或者說(shuō)是橢圓形封頭用材料抵抗局部塑性變形的能力。材料硬度高時(shí)，其耐磨性也好。材料的硬度除了與其化學(xué)成分有關(guān)外，還與它的熱處理狀態(tài)、金相組織、加工或焊接殘余應(yīng)力等有關(guān)，故工程上常用檢查硬度的辦法檢驗(yàn)材料熱處理的效果，也用它來(lái)檢驗(yàn)焊接殘余應(yīng)力的存在程度。一般情況下，橢圓形封頭用材料的布氏硬度與其強(qiáng)度之間有著下列近似關(guān)系：
低碳鋼：σb=0.36 HB
高碳鋼：σb=0.34 HB
調(diào)質(zhì)合金鋼：σb=0.325 HB
