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第六章 过程装备失效与材料的关系;过程装备及其构件的失效形式有过量变形、断裂及表面损伤三大类型。 失效的原因可能是设计、选材、加工、安装或实际操作等环节的具体问题所引起。 但材料是构成装备的物质基础，失效的具体现象却呈现在装备及其构件材料的宏观及微观的各种形貌及性能行为上，失效与材料密切相关，通过对失效材料的分析，可以找出装备及构件失效的原因，从而提出改进措施。;6．1 金属材料常见失效形式及其判断;金属构件的失效按材料失效的性质分类，常见的失效形式分为三大类：变形失效、断裂失效及表面损伤。 各种失效形式均有其产生的条件、特征及判断的依据，但实际的失效往往是多种因素共同作用的结果，是多种特征的掺合，分析时要注意。;6.1.1 变形失效 如果材料的变形量和变形特性超过原来规定的程度，而致影响构件的规定功能，则认为是变形失效。 (1)在常温或温度不很高情况下的变形失效 弹性变形失效 弹性变形失效有两种情况： a. 金属材料失去了弹性功能， b. 过量的弹性变形。 塑性变形失效 主要是构件失效时，材料产生的塑性变形量超过允许的数值。 过量的塑性变形使构件的承载截面积减小，降低承载能力；且塑性变形时金属内部组织结构发生变化，晶粒歪扭，亚晶结构形成，个别部位出现裂纹及扩展。材料过量的塑性变形会引起构件的歪扭、弯曲、薄壁壳的鼓胀及凹陷等变形特征。;(2)在高温下的蠕变变形失效 金属材料在长时间恒温、恒应力作用下，即使应力低于屈服点也会缓慢产生塑性变形，这种现象称为蠕变。 低温下蠕变也会发生，但只有当温度高于0.3T。(以绝对温度表示的熔点)时才较显著。 碳钢加热温度超过350℃，普通低合金钢温度超过400℃时，要考虑蠕变的影响。当蠕变变形量超过规定的要求时，则称为蠕变变形失效。 锅炉受热面管子及蒸汽管道由于实际操作的短期超温及长期超温，往往造成管子蠕胀及爆破，这是过量高温蠕变变形引起的普遍且典型的例子。; (3)变形失效的原因及改进措施 如果是由载荷及温度而引起的弹性变形失效，则可以通过： 选择弹性模量高的材料； 改进结构增加承载面积； 降低应力水平； 适当的匹配材料及设计，可避免温差引起的弹性变形失效等。; 如果是过量塑性变形而引起的失效，则可以通过： 从设计、制造、操作等环节中降低构件实际应力，包括工作应力、残余应力及各种应力集中； 选择高屈服强度材料及合适的热处理工艺规范。 防止高温蠕变变形失效的方法主要是选用抗蠕变性能合适的材料与防止装备中构件的超温使用。;6.1.2 断裂失效 断裂是金属材料在应力的作用下分为互不相连的两个或两个以上部分的现象。 断裂－金属材料在变形超过其塑性极限—完全分开.原子间结合力遭受破坏。 断裂过程一般都经历三个阶段，即裂纹的萌生、裂纹的亚稳扩展及失稳扩展，最后是断裂。 所有材料断裂后，在断裂部位都有匹配的两个断裂表面，称为断口，断口及其周围留下与断裂过程有密切相关的信息。 断裂是金属材料常见的失效形式之一，又是危害性较大的失效形式。且工程中金属构件断裂的原因往往又不是单一的，而是几个因素共同作用的结果。;金属断裂的物理本质;(2) 韧性断裂 在断裂之前产生显著的宏观塑性变形的断裂叫做韧性断裂。 a．韧性断裂的特征 韧性断裂是一个缓慢的断裂过程，塑性变形与裂纹成长同时进行。裂纹萌生及亚稳扩展阻力大、速度慢，材料在断裂过程中需要不断消耗相当多的能量。随着塑性变形的不断增加，承载面积减小，至材料承受的载荷超过了强度极限σb时，裂纹扩展达到临界长度，就发生韧性断裂。断裂应变可大于5％以上。 ;韧性断裂 ;宏观断裂;韧性断裂有如下几个特点： 1。韧性断裂前已发生了较大的塑性变形，断裂时要消耗相当多的能量，所以韧性断裂是一种高能量的吸收过程； 2。在小裂纹不断扩大和聚合过程中，又有新裂纹不断产生，所以韧性断裂通常表现为多断裂源； 3。韧性断裂的裂纹扩展的临界应力大于裂纹形核的临界应力，所以韧性断裂是个缓慢的撕裂过程； 4。随着变形的不断进行裂纹不断生成、扩展和集聚，变形一旦停止，裂纹的扩展也将随着停止。 ;b．韧性断裂的断口形态 ①断口的宏观形态：韧性断裂的宏观断口可分为三个区域，即纤维区、放射区和剪切唇区。 纤维区 是韧性断裂断口的最突出特征，常位于断裂的起点，即裂纹萌生处，在光滑圆形试样拉伸断口中，它位于中心部位，断面与主应力相垂直，是材料内部处在三向应力作用下裂纹缓慢扩展所形成的。一般情况下，纤维区呈现凹凸不平的宏观形貌。 放射区 是裂纹快速扩展的结果，通常呈放射状，当构件为板状时也呈人字条纹。 剪切唇区 是断裂最后阶段形成的，这时构件的断面