橢圓形封頭的機械性能試驗詳解

　　橢圓形封頭材料的機械性能是指在外力的作用下，材料抵抗破裂和過度變形的能力。它包括材料的強度指標、彈性指標、塑性指標、韌性指標、疲勞強度、斷裂韌度和硬度等。

　　1、強度指標

　　橢圓形封頭材料的強度指標是決定其許用應(yīng)力值的依據(jù)。設(shè)計中常用的有拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)、剪切的強度極限sb和屈服極限ss，高溫時還要考慮蠕變極限sn和高溫持久極限sD。

　　強度極限sb是指橢圓形封頭材料在外力的作用下，由開始加載到斷裂時為止所能承受的 應(yīng)力。它是反映材料抵抗大量均勻塑性變形的強度指標。

　　屈服強度ss是指材料在外力的作用下，由開始加載到剛出現(xiàn)塑性變形時所承受的應(yīng)力。它是反映材料抵抗微量塑性變形的強度指標。對某些材料，在加載試驗時，其應(yīng)力應(yīng)變圖中沒有明顯的屈服平臺，此時 以產(chǎn)生0.2%塑性變形時的應(yīng)力作為該種橢圓形封頭材料的屈服極限，并用s0.2表示。

　　蠕變極限sn是指在一定的溫度條件下，材料受外力作用在經(jīng)歷10萬小時時間后產(chǎn)生的塑性變形量為1%時的應(yīng)力。高溫持久極限sD是指在一定的溫度條件下，橢圓形封頭材料受外力作用在經(jīng)歷10萬小時時間后產(chǎn)生斷裂時的應(yīng)力。蠕變極限sn和高溫持久極限sD均是高溫下材料抵抗破壞的強度指標。

　　2、彈性指標

　　彈性指標是穩(wěn)定性計算的主要依據(jù)，它包括的參數(shù)主要有彈性量E等。

　　彈性模量E是指材料在外力作用下產(chǎn)生單位彈性變形所需要的應(yīng)力。它是反映橢圓形封頭材料抵抗彈性變形能力的指標，相當于普通彈簧中的剛度。

　　3、塑性指標和韌性指標

　　塑性指標和韌性指標是材料受沖擊載荷作用時的主要設(shè)計依據(jù)，也是低溫或超低溫條件下對材料使用性考核的一個重要指標。其中，塑性指標包括的參數(shù)主要有材料的延伸率δ、斷面收縮率ψ。韌性指標包括的參數(shù)主要有材料的沖擊韌性αk和沖擊功Ak等。

　　延伸率δ是指試樣發(fā)生拉伸破壞時，產(chǎn)生的塑性變形量與原試樣長度比值的百分數(shù)。根據(jù)所選試樣長度是試樣直徑的5倍還是10倍，延延率δ分別有δ5和δ10兩個數(shù)據(jù)。斷面收縮率ψ是指試樣發(fā)生拉伸破壞時，其縮頸處的橫截面積縮小量與試樣原橫截面積比值的百分數(shù)。延伸率和截面收縮率均是反映橢圓形封頭材料塑性的指標。一般情況下，δ5<5%的材料為脆性材料。

　　沖擊功Ak是指試樣在進行缺口沖擊試驗時，擺錘沖擊消耗在試樣上的能量。而消耗在試樣單位截面上的沖擊功 是沖擊韌性αk。它們是反映材料抗沖擊載荷破壞的性能指標，或者說是反映材料韌性的一個性能指標。

　　由于沖擊功僅為試樣缺口附近參加變形的體積所吸收，而此體積通常又無法測量，且在同一斷面上每一部分的變形也不一致，因此用單位截面積上的沖擊功(即沖擊韌性)αk來判斷橢圓形封頭材料韌性的方法在國內(nèi)外已逐漸被淘汰，而應(yīng)用較多的則是沖擊功Ak。

　　材料的塑性指標和韌性指標與其強度指標和彈性指標不同，它們不直接參與力學(xué)計算，而僅僅定性地反映材料的性能。

　　4、疲勞強度

　　疲勞強度是指材料在交變應(yīng)力的作用下，發(fā)生破壞時的 應(yīng)力，通常用疲勞持久極限來衡量，即橢圓形封頭材料在交變應(yīng)力的作用下，經(jīng)過無數(shù)次(一般規(guī)定大于106次~107次)的應(yīng)力循環(huán)也不會導(dǎo)致疲勞破壞時的 應(yīng)力。它是反映材料抗交變應(yīng)力破壞的強度指標。

　　5、斷裂韌度

　　斷裂韌度是指材料在受力狀態(tài)下，內(nèi)部的裂紋剛剛擴展時其裂紋應(yīng)力強度因子達到的臨界值。如果應(yīng)力強度因子超過這一臨界值(即斷裂韌度)，裂紋將會擴展而導(dǎo)致材料斷裂。斷裂韌度是判斷橢圓形封頭材料內(nèi)部裂紋危險性的一個指標，該指標常被用在斷裂力學(xué)設(shè)計中，或者用于在役壓力管道的 性和剩余壽命的評估上。

　　6、硬度

　　硬度是指材料抵抗外物壓入的能力，或者說是材料抵抗局部塑性變形的能力。材料硬度高時，其耐磨性也好。材料的硬度除了與其化學(xué)成分有關(guān)外，還與它的熱處理狀態(tài)、金相組織、加工或焊接殘余應(yīng)力等有關(guān)，故工程上常用檢查硬度的辦法檢驗橢圓形封頭材料熱處理的效果，也用它來檢驗焊接殘余應(yīng)力的存在程度。一般情況下，材料的布氏硬度與其強度之間有著下列近似關(guān)系：

　　低碳鋼： σb=0.36 HB

　　高碳鋼： σb=0.34 HB

　　調(diào)質(zhì)合金鋼：σb=0.325 HB