脆性材料在腐蚀环境中的所谓静力疲劳或延迟断裂大口径不锈钢管

本文中有意识地再讲一下“损伤”这一名词,因为在高温下的流变或断裂强度的衰减,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。

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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