工程材料-过控-6-过程装备失效与材料的关系

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1、工程材料海洋科学与技术学院贾非DalianUniversityofTechnology第6章过程装备失效与材料的关系*主要内容*金属材料常见失效形式及其判断变形时效断裂失效表面损伤过程装备及其构件失效的原因和失效分析过程装备及其构件失效的原因失效分析方法简介金属材料常见失效形式及其判断装备在使用过程中，由于应力、时间、温度和环境介质等因素的作用，失去其原有功能的现象时有发生。这种丧失其规定功能的现象称为失效。过程装备失效存在着各种不同的情况：a.完全失去原有功能的现象是失效；b.装备性能劣化，不能完成指定的任务是失效；c.失去安全工作能力的情况

2、也属于失效。过程装备失效与材料的关系需求：弄清失效与材料间的关系，分析装备及构件失效的原因。措施：判断材料的失效形式，找出装备及构件的失效原因，进行失效分析，撰写总结报考，提出处理意见和安全防护的建议。过程装备及其构件的失效形式有过量变形、断裂及表面损伤三大类型。失效的原因可能是设计、选材、加工、安装或实际操作等环节的具体问题所引起。但材料是构成装备的物质基础，失效的具体现象却呈现在装备及其构件材料的宏观及微观的各种形貌及性能行为上，失效与材料密切相关，通过对失效材料的分析，可以找出装备及构件失效的原因，从而提出改进措施。过程装备失效与材料的关

3、系100万吨加氢裂化装置硫回收装置聚乙烯造粒塔装置乙烯输送管道锈蚀吉林石化爆炸现场失效:材料丧失其规定功能的现象。过程装备失效与材料的关系金属材料常见失效形式及其判断失效类型（失效性质）变形失效：如果材料的变形量和变形特性超过原来规定的程度，而致影响构件的规定功能。断裂失效：金属材料在应力的作用下分为互不相连的两个或两个以上部分的现象。表面损伤：主要指腐蚀失效及磨损失效。变形失效（多是非灾难性的）弹性变形塑性变形金属材料常见失效形式及其判断塑性变形失效：主要是构件失效时，材料产生的塑性变形量超过允许的数值，产生过量的永久形变。过量的塑性

4、变形使构件的承载截面积减小，降低承载能力；且塑性变形时金属内部组织结构发生变化，晶粒歪扭，亚晶结构形成，个别部位出现裂纹及扩展。材料过量的塑性变形会引起构件的歪扭、弯曲、薄壁壳的鼓胀及凹陷等变形特征。弹性变形失效失去了弹性功能：功能性失效过量的弹性变形：过量弹性形变引起在常温或温度不很高下的变形失效变形失效在高温下的蠕变变形失效变形失效金属材料在长时间恒温、恒应力作用下，应力低于屈服点也会缓慢产生塑性变形，这种现象称为蠕变。低温下蠕变也会发生，但只有当温度高于0.3T。(以绝对温度表示的熔点)时才较显著。碳钢加热温度超过350℃，普通低合

5、金钢温度超过400℃时，要考虑蠕变的影响。当蠕变变形量超过规定的要求时，则称为蠕变变形失效。锅炉受热面管子及蒸汽管道由于实际操作的短期超温及长期超温，往往造成管子蠕胀及爆破，这是过量高温蠕变变形引起的普遍且典型的例子。变形失效的原因及改进措施弹性变形失效选择合适的材料(如高弹性模量材料)改进结构（如增加承载面积、降低应力水平）匹配材料及设计塑性变形失效降低构件实际应力选择高屈服强度材料和合适的热处理工艺规范高温蠕变变形失效选用抗蠕变性能合适的材料防止装备中构件的超温变形失效断裂失效（危害性较大，影响因素多）金属材料常见失效形

6、式及其判断断裂是金属材料在应力的作用下分为互不相连的两个或两个以上部分的现象。是在变形超过其塑性极限—完全分开，原子间结合力遭受破坏。断裂过程一般都经历三个阶段，即裂纹的萌生、裂纹的亚稳扩展及失稳扩展，最后是断裂。所有材料断裂后，在断裂部位都有匹配的两个断裂表面，称为断口，断口及其周围留下与断裂过程有密切相关的信息。断裂是金属材料常见的失效形式之一，又是危害性较大的失效形式。且工程中金属构件断裂的原因往往又不是单一的，而是几个因素共同作用的结果。断裂失效断裂失效断裂失效系列冲击试验奥氏体钢低强度铁素体钢高强度钢冲击吸收功Ak温度TTk厚壁容器韧

7、性断裂外观断裂失效厚壁容器脆性断裂外观韧性断裂失效a)特征：断裂过程缓慢，塑性变形与裂纹成长同时进行，有明显的塑性变形（>5%）韧性断裂：断裂前产生显著宏观塑性变形的断裂b)断口形态宏观形态纤维区：显著特征，多凹凸不平放射区：多呈放射状剪切唇区：断面平滑呈灰色微观形态：多为韧窝及蛇形花样断裂失效韧断断口特征断口韧性断裂实物断口韧窝的电镜照片断裂失效失效裂管照片图断裂失效裂纹断口的形貌，500×断裂失效韧断的机理45°断裂失效韧断的机理韧性断裂往往因材料受到较大的负荷或过载所引起。当材料所受的应力超过材料的屈服强度后，材料便开始产生塑性

8、变形，在材料内部的夹杂物、析出相、晶界、亚晶界或其它塑性流变不连续的地方发生位错塞积，产生了应力集中，进而开始形成显微孔洞；开始孔洞较少，而且相互隔离