文档介绍：§3 构件常见失效形式 § 变形失效
§3 金属构件常见失效形式及其判断
失效形式:变形、断裂、腐蚀和磨损等
学习内容:失效条件、特征及判断依据
§ 变形失效
虎克定律:σ=E·ε
回顾
一、弹性变形失效
E—弹性模量;
钢:约2×105MPa;
铝:×105MPa;
1. 弹性变形
一弹性变形失效
①可逆性
②单值性(线性)
③变形量很小
2. 弹性变形的特点
提高弹性方法
①提高材料的弹性极限;
②降低弹性模量。
4. 失去弹性功能的弹性变形失效
指构件产生的弹性变形量超过构件匹配所允许的值。
判断过量的弹性变形失效比较难。
3. 过量的弹性变形失效
当弹性变形已不遵循变形可逆性、单值性和小变形量的特征时,构件就失去了弹性功能而失效。
失去功能的弹性变形失效容易判断, 如弹簧被拉得很长; 安全阀弹簧, 压力没超压, 就把阀芯顶起。
选择合适的材料或构件结构:选用E值高的材料或改善构件结构尽可能获得大的刚度;
确定适当的构件匹配尺寸或变形的约束条件;
采用减少变形影响的连接件,如皮带传动、软管连接、柔性轴、椭圆管板等。
5. 弹性变形失效的原因及防护措施
过载、超温或材料变质是构件产生弹件变形失效的原因,而这些原因往往是由于构件原设计的考虑不周、计算错误或选材不当造成的。
防
护
措
施
二塑性变形失效
二、塑性变形失效
1. 塑性变形
2. 金属塑性变形的特点
材料中的应力超过屈服极限后产生显著的不可逆变形。
材料塑性好坏的衡量指标:伸长率δ、断面收缩率ψ
不可逆性
变形量不恒定
慢速变形
伴随材料性能的变化
3. 塑性变形失效
失效形式:鼓胀、椭圆度增大、翘曲、凹陷及歪扭畸变等。
塑性变形失效:金属构件产生的塑性变形量超过允许的数值。
(a) 未加压的圆筒形(b)塑性变形后的鼓胀及断裂
图3-3 承受内压的304不锈钢塑性变形及断裂试验
4. 塑性变形失效的原因及防护措施
合理选材,选择合适的屈服强度,保证材料质量、组织状态及冶金缺陷;
准确地确定构件的工作载荷,正确计算应力,合理选取安全系数及进行结构设计,减少应力集中及降低应力集中水平;
严格按照加工工艺规程对构件成形,减少残余应力;
严禁构件运行超载;
监测腐蚀环境构件强度尺寸的减小。
三高温变形失效
三、高温变形失效
1. 蠕变变形失效
高温: Tm ( Tm是以绝对温度表示的金属材料的熔点),一般碳钢构件>300℃,低合金钢构件>400℃。
蠕变:金属材料在长时间恒温、恒应力作用下,即使应力低于屈服强度,也会缓慢地产生塑性变形。
减速
恒速
加速
图3-4 典型的蠕变曲线
压力容器的蠕变变形量一般规定在105 h为1%,即蠕变速率为10-7 mm/(mm·h)。
1) 材料抗蠕变好坏的衡量指标:蠕变极限和持久强度
2) 抗蠕变措施:
①选用抗蠕变性能合适的材料;
②防止装备中构件的超温使用。
σ
700

:在给定温度下,一定时间内产生规定
蠕变量的应力值。如:
σ
700
1000
:材料在某一恒定温度下,经过一定时间
而引起断裂的应力值。如:
图 3-5 过热管蠕变变形及胀裂