金屬拉伸試驗與應變強化壓力容器簡介課件

金屬拉伸試驗與應變強化容器簡介湖州市特種設備檢測中心承壓一科欽峰1原先的屈服強度符號δs和《固容規(guī)》不同？23金屬材料拉伸試驗一、相關(guān)定義及符號、典型曲線二、拉伸試樣三、拉伸原理56金屬拉伸試驗測定金屬材料的強度及塑性指標1、物理屈服性能指標

（上屈服強度ReH、下屈服強度ReL）ReH試樣發(fā)生屈服而力首次下降前的應力ReL在屈服期間，不計初始瞬時效應時的最小應力（圖中a位置）7金屬拉伸試驗物理屈服性能指標具有物理屈服現(xiàn)象的金屬材料，其拉伸曲線有如下幾種類型。上、下屈服強度的位置判定的基本原則9僅適用于呈現(xiàn)明顯屈服的材料10金屬拉伸試驗11金屬拉伸試驗13金屬拉伸試驗14金屬拉伸試驗2、規(guī)定微量塑性伸長強度指標

規(guī)定非比例延伸強度(Rp)---試樣標距部分的非比例伸長達到規(guī)定的原始標距百分比時的應力。

2、規(guī)定微量塑性伸長強度指標（規(guī)定非比例延伸強度RP）使用的符號應附下腳標，說明所規(guī)定塑形延伸率，

如RP0.2表示塑形延伸率為0.2%時的應力。15塑形延伸強度的測定1718191)圓形截面2)矩形截面l0=10d0l0=5d0l0tb或二、拉伸試樣21或三、拉伸原理與室溫拉伸要求試驗系用拉力拉伸試樣，一般拉至斷裂，來一定一項或多項力學性能。試驗一般在10℃到35℃范圍內(nèi)進行。對溫度要求嚴格的試驗，試驗溫度應為23℃±5℃。控制模式：應變速率控制：用引伸計標距測量時，單位時間的應變增加值；應力速率控制：單位時間內(nèi)應力的增加。應力速率控制只適用于試驗的彈性階段。2223非比例伸長率εp0.2%如何捕捉？一般結(jié)構(gòu)鋼機械性能試驗不用引伸計。引伸計一般用于屈服強度臺階不明顯的材料。引伸計：是測量構(gòu)件及其他物體兩點之間線變形的一種儀器，通常由傳感器、放大器和記錄器三部分組成。傳感器直接和被測構(gòu)件接觸。25引伸計外觀2627金屬拉伸試驗

根據(jù)力一伸長曲線測定規(guī)定非比例延伸強度。原始橫截面積的測定為什么要測定原始橫截面積？試驗期間任何時刻的力除以試樣原始橫截面積，即為該時刻的應力。屈服強度，抗拉強度均為拉力除以原始橫截面積。29原始橫截面積的測定如何測定原始橫截面積？（1）形狀要求30（2）加工試樣的尺寸公差31應變強化容器中集圣達因低溫液體儲罐銘牌上，有（應變強化）標示，是什么技術(shù)？3233二、應變強化容器簡介奧氏體不銹鋼不僅具有較高的強度和韌性，還具有顯著的應變強化特性。在屈服強度以后還擁有相當長的一段應變強化段。然而，傳統(tǒng)的低溫容器設計方法是基于彈性設計準則，將最大應力限定在彈性范圍內(nèi)，只利用了材料的彈性承載能力。在對于具有較高抗拉強度和極高塑性指標，但屈強比較低的奧氏體不銹鋼而言，并沒有充分發(fā)揮其塑性承載能力，造成材料浪費，設備增重。為了充分發(fā)揮奧氏體不銹鋼材料的塑性承載潛力，國外提出了一種奧氏體不銹鋼低溫容器的強化方法，將奧氏體不銹鋼的應變強化特征引入低溫容器的設計制造過程。34這類應變強化奧氏體不銹鋼低溫容器所依據(jù)的原理是：當奧氏體不銹鋼承受一個大于屈服強度Rp0.2的拉伸應力δk時，卸載后將會產(chǎn)生永久的塑性變形；當再次加載時，應力應變將沿卸載曲線保持彈性增長，直至應力大于時，材料才重新進入塑性階段。即提高了奧氏體不銹鋼的屈服強度。35奧氏體不銹鋼應力應變曲線36將δk選定為新的屈服強度對容器進行強度設計，由此設計出的容器壁厚在相同設計壓力下，將比原屈服強度下設計出的容器，壁厚明顯減薄，從而減輕設備重量，降低生產(chǎn)成本。37按照上述原理設計出的奧氏體不銹鋼低溫容器必須經(jīng)過一定的強化處理才能達到提高奧氏體不銹鋼屈服強度的目的。其強化的方法是采用室溫下的超壓強化處理，將容器加壓至強化壓力Pk，保壓一段時間后卸載，產(chǎn)生一定的塑性變形，使筒體遠離結(jié)構(gòu)不連續(xù)區(qū)的應力水平達到或高于δk，以此來達到提高奧氏體不銹鋼屈服強度的目的。38強化壓力

強化壓力是指不銹鋼容器在應變強化處理時的超壓壓力。強化壓力過低，強化后容器總體部位的應力水平達不到設計時選定的強化屈服應力，即未達到應變強化的目的;強化壓力δk過高則會導致容器強化后產(chǎn)生過渡的塑性變形，容器余留的承載能力降低，給容器的安全使用帶來隱患。因此，選擇合理的強化壓力對奧氏體不銹鋼低溫容器的應變強化處理至關(guān)重要。39

由于應變強化容器的設計實質(zhì)是以薄殼理論為基礎，采用第一強度理論將筒體環(huán)向應力限定在許用強度范圍內(nèi)，因此在強化過程中，當筒體環(huán)向應力達到時，即可認為容器達到了強化目的。奧氏體不銹鋼的安全系數(shù)n,通常取1.5，而考慮到應變強化容器中焊接系數(shù)滬取1.0。故：40室溫應變強化技術(shù)發(fā)展歷史

容器強化后外觀4142室溫應變強化技術(shù)的優(yōu)點（1）節(jié)省材料

按照GB150確定的典型奧氏體不銹鋼在常溫下的許用應力，與GB150相比，采用室溫應變強化技術(shù)后，材料的許用應力提高率為83.1%～128.5%，即在壁厚由拉伸應力決定的情況下，奧氏體不銹鋼深冷容器內(nèi)容器的壁厚可以減薄一半左右，顯著減輕重量。

43（2）降低重容比重容比是衡量壓力容器輕量化的重要指標，也是移動式壓力容器能效的重要指標。采用室溫應變強化技術(shù)后，內(nèi)容器的重量顯著減輕，容積約增加2%～10%，重容比可以降低50%左右。室溫應變強化技術(shù)的優(yōu)點（3）應力分布均勻化成形以及焊接等制造工藝都會使材料中產(chǎn)生少量殘余壓應力，容器成形后常需要進行去應力退火，強化過程中產(chǎn)生的拉應力抵消了制造過程產(chǎn)生的殘余壓應力，焊接殘余應力也得到了一定的釋放。44（4）抗疲勞性能提高已有的實驗結(jié)果表明，應變強化可以提高奧氏體不銹鋼材料的抗疲勞性能。強化后材料的屈服強度由提高到了，卸載后重新加載，材料的應力在達到前處于彈性狀態(tài)，當加載應力超過后才重新進入塑形。45屈服強度的提高，使材料通過產(chǎn)生彈性變形而儲存的能量增大，這部分能量能有效減少和調(diào)節(jié)因應力的變化而產(chǎn)生的能量沖擊，應變強化后容器在完全彈性狀態(tài)下使用，由于沒有新的塑形能量消耗，循環(huán)使用過程中沒有新的能量損失，從而使材料的疲勞性能得到改善，容器的使用壽命得到提高。46471.容器壁厚不超過30mm；2.強化后材料的永久塑性變形量不超過10%；3.室溫應變強化過程中，加壓速率和保壓階段的壓力穩(wěn)定性均對容器的塑性變形有顯著影響。為了使容器得到充分變形，需要嚴格控制加壓速率和強化壓力。應變速率宜控制在10-4/S的應變加載速率內(nèi)；保壓：當壓力以上述加載速度到達強化壓力時保持一段時間，直至應變速率降低至每小時變化量小于0.1%（對于容器，保壓時間必須大于1h）室溫應變強化技術(shù)制造、使用要求

48屈強比：屈強比表征材料由塑性變形到最后斷裂過程的形變?nèi)萘浚瑸楸ＷC結(jié)構(gòu)設計的安全性，要求鋼材在斷裂之前，具有足夠的塑性變形，即要求鋼材具有低的屈強比。49包辛格效應：在金屬塑性加工過程中正向加載引起的塑性應變強化導致金屬材料在隨后的反向加載過程中呈現(xiàn)塑性應變軟化（屈服極限降低）的現(xiàn)象。這一現(xiàn)象是包辛格于1881年在金屬材料的力