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緊固件的蠕變失效現象

發(fā)表時(shí)間:2018-05-17

  緊固件的蠕變失效,緊固件的蠕變失效現象是怎么回事?

  一、 概述蠕變是金屬零件在應力和高溫的長(cháng)期作用下,產(chǎn)生永久變形的失效現象。晶粒沿晶界滑動(dòng)產(chǎn)生形變是蠕變的主要機理。當形變溫度升高到0.35~0.7TmTm是熔點(diǎn)的絕對溫度)時(shí),晶界附近的薄層區域內發(fā)生恢復而軟化,形變得以進(jìn)行。變形后又產(chǎn)生畸變,于是需要再恢復和再軟化,以保持形變在這些區域中繼續進(jìn)行,這就是所謂的晶界滑動(dòng)。由于恢復需要一定溫度和時(shí)間,因而晶界滑動(dòng)要在高于某一定溫度的條件下才能進(jìn)行。

  金屬拉伸蠕變曲線(xiàn),它分為三個(gè)階段:

  第一階段,蠕變速率由快逐漸變緩,它與晶體缺陷的重新分布有關(guān)。

  第二階段,表明硬化與恢復這兩種機理處于平衡狀態(tài),蠕變速率恒定。這一階段在蠕變的全過(guò)程中占據較大的比例。

  第三階段,表現為蠕變速率加快,此時(shí)金屬的形變硬化已不足以阻止金屬的變形,而且有效截面的減小,促使蠕變速率加快,最后導致斷裂。

  并非任何材料的蠕變曲線(xiàn)均出現上述三個(gè)階段,因蠕變過(guò)程使預緊零件的尺寸產(chǎn)生變化而導致失效的現象稱(chēng)為熱松弛。如用于緊固件壓力容器法蘭盤(pán)的螺栓,在溫度和應力的長(cháng)期作用下,因蠕變而伸長(cháng),導致預緊力減小,因此可能造成壓力容器的泄漏。

  二、特征及判斷蠕變的最主要特征是永久變形的速度很緩慢??梢愿鶕慵木唧w工況來(lái)分析,是否存在產(chǎn)生蠕變的條件(溫度、應力和時(shí)間)。沒(méi)有適當的溫度和足夠的時(shí)間,不會(huì )發(fā)生蠕變或蠕變斷裂。在蠕變斷口的最終斷裂區上,撕裂嶺不如常溫拉伸斷口上的清晰,在掃描電鏡下觀(guān)察,蠕變斷口附近的晶粒形狀往往不出現拉長(cháng)的情況,而在高倍下,有時(shí)能見(jiàn)到蠕變空洞。

  三、蠕變失效的鑒別方法熱松弛與塑性變形,從宏觀(guān)上均有殘余變形容易混淆。塑性斷裂與持久斷裂(或蠕變斷裂)容易混淆,因為從宏觀(guān)上看,斷裂前均有永久變形,斷口附近均有縮頸。其區別可從下列幾方面考慮。

  1、在工況上的差別眾所周知,塑性變形和塑性斷裂是在拉應力作用下發(fā)生的,過(guò)程進(jìn)行較快,溫度較低。熱松弛和持久斷裂是溫度和時(shí)間兩個(gè)因素起重要作用的失效過(guò)程,較高的工作溫度和較長(cháng)的服役時(shí)間,是這種失效模式的必要條件。對于工況的了解除了查閱文字資料外,直接查看殘骸上有無(wú)高溫的遺痕,如氧化色等。分析工況時(shí)要很慎重,例如某高溫壓力容器有很長(cháng)時(shí)間處于較低的壓力下工作,突然壓力升高,使連接螺栓發(fā)生斷裂,對此只有在具體地了解有關(guān)壓力、溫度及在不同工況下的服役時(shí)間,才能具體判別是否發(fā)球蠕變失效。

  2、斷口形貌的差別塑性斷口上韌窩非常清晰,微孔聚合的部位比較尖銳,在掃描電鏡下觀(guān)察這些地方呈現白亮線(xiàn)條。蠕變斷口上,微孔聚合的地方比較鈍,在掃描電鏡下觀(guān)察,這些地方?jīng)]有明顯的白亮線(xiàn)。蠕變斷口上,有可能看到氧化色,有時(shí)還能見(jiàn)到蠕變孔洞。

  3、斷口附近的金相組織蠕變多為沿晶斷裂,而塑性斷裂多為穿晶型斷裂。經(jīng)蠕變的樣品中,有可能看到蠕變孔洞,此外,碳鋼長(cháng)時(shí)間在高溫下停留,碳化物會(huì )發(fā)生一定程度的石磨化。

  四、提高蠕變抗力的措施1.設計方面根據產(chǎn)品的特點(diǎn),正確地選擇材料和確定零件尺寸至關(guān)重要。近年來(lái)為適應產(chǎn)品的使用溫度和負載不斷提高的要求,研制出不少新材料,但是能夠提供給設計人員使用的蠕變性能數據卻不夠充分。在這種情況下,一方面有可能出現由于設計的應力水平偏高而導致早期失效。另一方面也可能設計過(guò)于保守,而造成不必要的浪費。例如,熱電站的設計壽命一般為10萬(wàn)h。在我國有很多540度,10MPa電站高壓鍋爐的主蒸汽管道貌岸然已相繼達到設計壽命,但根據最近的壽命估算指出,可以有把握將這些鍋爐的使用壽命延長(cháng)到20萬(wàn)h。

  一般說(shuō)來(lái),這種失效形式需要較長(cháng)的時(shí)間,因此反應速度遲緩,有效的措施是根據材料蠕變性能的測試和積累,進(jìn)一步研究決定。

  2.制造方面嚴格質(zhì)量管理,避免不符合技術(shù)規范的零件裝配產(chǎn)品,這對失效周期較長(cháng)的產(chǎn)品,尤為重要。當然,具體的措施應在產(chǎn)品服役中的失效分析基礎上形成。

  3.使用時(shí)采用措施超負荷使用是產(chǎn)品蠕變失效的常見(jiàn)原因,因此在使用中嚴格控制使用條件,是提高產(chǎn)品壽命和可靠性的最為重要的措施。加強對正在服役的產(chǎn)品,以及關(guān)鍵零件的質(zhì)量狀況進(jìn)行監控,是保證產(chǎn)品可靠性的有效措施。

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