金属拉伸试验与应变强化压力容器简介.ppt

金属拉伸试验与应变强化容器简介,湖州市特种设备检测中心承压一科 钦峰,1,原先的屈服强度符号s和固容规不同？,2,3,金属材料拉伸试验,一、相关定义及符号、典型曲线二、拉伸试样三、拉伸原理,4,一、概念,1、定义：拉伸试验是将实验材料装在拉伸试验机上进行拉伸实验以测得材料之应力应变曲线图，用以分析材料的基本机械性质。2、术语及符号,5,6,金属拉伸试验,测定金属材料的强度及塑性指标1、物理屈服性能指标（上屈服强度ReH、下屈服强度ReL）ReH试样发生屈服而力首次下降前的应力ReL在屈服期间，不计初始瞬时效应时的最小应力（图中a位置）,7,金属拉伸试验,物理屈服性能指标具有物理屈服现象的金属材料，其拉伸曲线有如下几种类型。,初始瞬时效应,8,上、下屈服强度的位置判定的基本原则,9,仅适用于呈现明显屈服的材料,10,金属拉伸试验,11,金属拉伸试验,12,金属拉伸试验,13,金属拉伸试验,14,金属拉伸试验,2、规定微量塑性伸长强度指标 规定非比例延伸强度(Rp)-试样标距部分的非比例伸长达到规定的原始标距百分比时的应力。,2、规定微量塑性伸长强度指标（规定非比例延伸强度RP）使用的符号应附下脚标，说明所规定塑形延伸率，如RP0.2表示塑形延伸率为0.2%时的应力。,15,16,金属拉伸试验,非比例伸长率p为0.1%、0.2%和0.5%时的应力分别为 Rp0.1、Rp0.2、Rp0.5,塑形延伸强度的测定,17,18,19,1)圆形截面,2)矩形截面,l0=10d0,l0=5d0,或,二、拉伸试样,20,1、试样,（1）材料类型 低碳钢：灰铸铁：,（2）标准试样：,塑性材料的典型代表脆性材料的典型代表,标距：等截面测试部分长度,尺寸符合国标的试样,21,或,三、拉伸原理与室温拉伸要求,试验系用拉力拉伸试样，一般拉至断裂，来一定一项或多项力学性能。试验一般在10到35范围内进行。对温度要求严格的试验，试验温度应为235。控制模式：应变速率控制：用引伸计标距测量时，单位时间的应变增加值；应力速率控制：单位时间内应力的增加。应力速率控制只适用于试验的弹性阶段。,22,23,24,金属拉伸试验,3、强度性能指标（抗拉强度Rm）4、塑性性能指标（断后伸长率A、屈服点伸长率Ae、最大力下的总伸长率Agt、最大力下的非比例伸长率Ag和断面收缩率Z）。,非比例伸长率p0.2%如何捕捉？,一般结构钢机械性能试验不用引伸计。引伸计一般用于屈服强度台阶不明显的材料。引伸计：是测量构件及其他物体两点之间线变形的一种仪器，通常由传感器、放大器和记录器三部分组成。传感器直接和被测构件接触。,25,引伸计外观,26,27,金属拉伸试验,根据 力一伸长曲线 测定规定非比例延伸强度。,28,金属拉伸试验,3、强度性能指标（抗拉强度Rm）抗拉强度(Rm)-试样拉伸过程中最大试验 力所对应的应力。,原始横截面积的测定,为什么要测定原始横截面积？试验期间任何时刻的力除以试样原始横截面积，即为该时刻的应力。屈服强度，抗拉强度均为拉力除以原始横截面积。,29,原始横截面积的测定,如何测定原始横截面积？（1）形状要求,30,（2）加工试样的尺寸公差,31,应变强化容器,中集圣达因低温液体储罐铭牌上，有（应变强化）标示，是什么技术？,32,33,二、应变强化容器简介,奥氏体不锈钢不仅具有较高的强度和韧性，还具有显著的应变强化特性。在屈服强度以后还拥有相当长的一段应变强化段。然而，传统的低温容器设计方法是基于弹性设计准则，将最大应力限定在弹性范围内，只利用了材料的弹性承载能力。在对于具有较高抗拉强度和极高塑性指标，但屈强比较低的奥氏体不锈钢而言，并没有充分发挥其塑性承载能力，造成材料浪费，设备增重。为了充分发挥奥氏体不锈钢材料的塑性承载潜力，国外提出了一种奥氏体不锈钢低温容器的强化方法，将奥氏体不锈钢的应变强化特征引入低温容器的设计制造过程。,34,这类应变强化奥氏体不锈钢低温容器所依据的原理是：当奥氏体不锈钢承受一个大于屈服强度Rp0.2的拉伸应力k时，卸载后将会产生永久的塑性变形；当再次加载时，应力应变将沿卸载曲线保持弹性增长，直至应力大于时，材料才重新进入塑性阶段。即提高了奥氏体不锈钢的屈服强度。,35,奥氏体不锈钢应力应变曲线,36,将k选定为新的屈服强度对容器进行强度设计，由此设计出的容器壁厚在相同设计压力下，将比原屈服强度下设计出的容器，壁厚明显减薄，从而减轻设备重量，降低生产成本。,37,按照上述原理设计出的奥氏体不锈钢低温容器必须经过一定的强化处理才能达到提高奥氏体不锈钢屈服强度的目的。其强化的方法是采用室温下的超压强化处理，将容器加压至强化压力Pk，保压一段时间后卸载，产生一定的塑性变形，使筒体远离结构不连续区的应力水平达到或高于k，以此来达到提高奥氏体不锈钢屈服强度的目的。,38,强化压力,强化压力是指不锈钢容器在应变强化处理时的超压压力。强化压力过低，强化后容器总体部位的应力水平达不到设计时选定的强化屈服应力，即未达到应变强化的目的;强化压力k过高则会导致容器强化后产生过渡的塑性变形，容器余留的承载能力降低，给容器的安全使用带来隐患。因此，选择合理的强化压力对奥氏体不锈钢低温容器的应变强化处理至关重要。,39,由于应变强化容器的设计实质是以薄壳理论为基础，采用第一强度理论将筒体环向应力限定在许用强度范围内，因此在强化过程中，当筒体环向应力达到时，即可认为容器达到了强化目的。奥氏体不锈钢的安全系数n,通常取1.5，而考虑到应变强化容器中焊接系数沪取1.0。故：,40,室温应变强化技术发展历史,容器强化后外观,41,42,室温应变强化技术的优点,（1）节省材料按照GB150确定的典型奥氏体不锈钢在常温下的许用应力，与GB150相比，采用室温应变强化技术后，材料的许用应力提高率为83.1%128.5%，即在壁厚由拉伸应力决定的情况下，奥氏体不锈钢深冷容器内容器的壁厚可以减薄一半左右，显著减轻重量。,43,（2）降低重容比重容比是衡量压力容器轻量化的重要指标，也是移动式压力容器能效的重要指标。采用室温应变强化技术后，内容器的重量显著减轻，容积约增加2%10%，重容比可以降低50%左右。,室温应变强化技术的优点,（3）应力分布均匀化 成形以及焊接等制造工艺都会使材料中产生少量残余压应力，容器成形后常需要进行去应力退火，强化过程中产生的拉应力抵消了制造过程产生的残余压应力，焊接残余应力也得到了一定的释放。,44,（4）抗疲劳性能提高 已有的实验结果表明，应变强化可以提高奥氏体不锈钢材料的抗疲劳性能。强化后材料的屈服强度由提高到了，卸载后重新加载，材料的应力在达到前处于弹性状态，当加载应力超过后才重新进入塑形。,45,屈服强度的提高，使材料通过产生弹性变形而储存的能量增大，这部分能量能有效减少和调节因应力的变化而产生的能量冲击，应变强化后容器在完全弹性状态下使用，由于没有新的塑形能量消耗，循环使用过程中没有新的能量损失，从而使材料的疲劳性能得到改善，容器的使用寿命得到提高。,46,47,1.容器壁厚不超过30mm；2.强化后材料的永久塑性变形量不超过10%；3.室温应变强化过程中，加压速率和保压阶段的压力稳定性均对容器的塑性变形有显著影响。为了使容器得到充分变形，需要严格控制加压速率和强化压力。应变速率宜控制在10-4/S的应变加载速率内；保压：当压力以上述加载速度到达强化压力时保持一段时间，直至应变速率降低至每小时变化量小于0.1%（对于容器，保压时间必须大于1h）,室温应变强化技术制造、使用要求,48,屈强比：屈强比表征材料由塑性变形到最后断裂过程的形变容量，为保证结构设计的安全性，要求钢材在断裂之前，具有足够的塑性变形，即要求钢材具有低的屈强比。,49,包辛格效应：在金属塑性加工过程中正向加载引起的塑性应变强化导致金属材料在随后的反向加载过程中呈现塑性应变软化（屈服极限降低）的现象。这一现象是包辛格于1881年在金属材料的力学性能实验中发现的。当将金属材料先拉伸到塑性变形阶段后卸载至零，再反向加载，即进行压缩变形时，材料的压缩屈服极限比原始态（即未经预先拉伸塑性变形而直接进行压缩）的屈服极限明显要低（指数值）。若先进行压缩使材料发生塑性变形，卸载至零后再拉伸时，材料的拉伸屈服极限同样是降低的。,50,应变强化奥氏体不锈钢低温容器材料和成形工艺研究,