定性的预测大口径厚壁钢管缺口试样发生脆性断裂的应力值及其温度

试样尺寸的影响:一般说来,即使大口径厚壁钢管试样缺口尺寸一样,但试样的尺寸越大,其转变温度也越高。这种影响叫脆性断裂的尺寸效应。首先,考虑试样尺寸(宽和厚)对脆性断裂发生条件的影响。二发生脆性断裂的应力为缺口尖端的塑性应力,所以作为其前提,就必须先知道这个塑性应力与公称应力之间的关系。但是,到目前为止,还没有得到它们之间正确关系的理论式。因此,现在还不可能仅根据理论计算来求出缺口试样发生脆性断裂的应力值及其温度,只进行定性的预测。试样的尺寸(宽度)越大,发生脆性断裂时的公称应力就越小。可以想像,在裂纹尖端附近,由于应力集中,因此若图中的口;都一样,大口径厚壁钢管载荷被面积除而求得的当然要减小。同理,发生断裂时的比吸收功(印试样吸收的总-性变形能,被塑性变形的总体积来除得到的平均值)也应随试样尺寸(宽和厚)的增加而降低。已有许多试验数据证明,发生脆性断裂时的C值及比吸收功均显示了这种倾向。

其次,试样尺寸(宽和厚)也对脆性裂纹的扩展条件产生影响。若公称应力是一定的,试样所贮存的全部弹性变形能与试样的面积成比例的增大,因此大口径厚壁钢管随裂纹长大dc( rx-ll-18)而释放的变形能,也随试样尺寸的增大而增大。然而,所释放的变形能对裂纹扩展有作用的,仅限于在裂纹尖端附近。而试样增大到一定程度,变形能释放率的增加就达到了饱和。因此,对于裂纹的扩展,试样尺寸增大到一定程度后,尺寸效应就消失。目前在实验室里进行的大型裂纹扩展试验的试样尺寸就是这样设计的,使其变形能释放率达到饱和,以排除试样尺寸的影响。用这种裂纹扩展试验求得的转变温度,再给以一个裕量,就可以大体上来估计实际结构的裂纹扩展的转变温度。

管厚增加,转变温度上升,即脆性增大。因为大口径厚壁钢管沿管厚方向的应力,隧管厚的增大而增大。因此管越厚,在x轴上缺口尖端稍往里一点处的多轴应力越大,将增大钢材的缺口脆化可见,管厚的增加,无论是对裂纹的产生,还是对裂纹的扩展都是有利的,即增大了钢的缺口脆化倾向。而脆化的原因,可以认为就是塑性应力口;增大的结果。并且当管厚增大到一定程度后,脆化程度也达到饱和。根据裂纹扩展的试验结果,管厚在达到30^40mm时脆化就已饱和。对于静的脆性断裂的发生,其饱和管厚,尚未得出正确的数据。

其实,管厚增加,大口径厚壁钢管材料本身也有缺口脆化,这是属冶金因素。冶金因素与应力因素重叠,使得管越厚,脆性断裂的危险就越大。为此,在厚管焊接结构的制造中,为了防止发生脆性断裂,合理地选择材料以及合理的施焊工艺是很重要的。冶金因素的影响:冶金因素对钢材的脆性断裂有根本性的影响,这是内因。这主要指化学成分(合金元素及有害杂质)、晶粒大小及金属组织的影响,这些内容将在以后章节详述。http://www.gbt14976.com/Info/View.Asp?id=437 

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