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                緊固件的蠕變失效現象

                發表時間: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期作用下,產生永久變形的失效現象。晶粒沿晶界滑動產生形變是蠕變的主要機理。當形變溫度升高到0.35~0.7TmTm是熔點的絕對溫度)時,晶界附近的薄層區域內發生恢復而軟化,形變得以進行。變形后又產生畸變,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行,這就是所謂的晶界滑動。由于恢復需要一定溫度和時間,因而晶界滑動要在高于某一定溫度的條件下才能進行。

                  金屬拉伸蠕變曲線,它分為三個階段:

                  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。

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

                  第三階段,表現為蠕變速率加快,此時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均出現上述三個階段,因蠕變過程使預緊零件的尺寸產生變化而導致失效的現象稱為熱松弛。如用于緊固件壓力容器法蘭盤的螺栓,在溫度和應力的長期作用下,因蠕變而伸長,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工況來分析,是否存在產生蠕變的條件(溫度、應力和時間)。沒有適當的溫度和足夠的時間,不會發生蠕變或蠕變斷裂。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,在掃描電鏡下觀察,蠕變斷口附近的晶粒形狀往往不出現拉長的情況,而在高倍下,有時能見到蠕變空洞。

                  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生的,過程進行較快,溫度較低。熱松弛和持久斷裂是溫度和時間兩個因素起重要作用的失效過程,較高的工作溫度和較長的服役時間,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高溫的遺痕,如氧化色等。分析工況時要很慎重,例如某高溫壓力容器有很長時間處于較低的壓力下工作,突然壓力升高,使連接螺栓發生斷裂,對此只有在具體地了解有關壓力、溫度及在不同工況下的服役時間,才能具體判別是否發球蠕變失效。

                  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,在掃描電鏡下觀察這些地方呈現白亮線條。蠕變斷口上,微孔聚合的地方比較鈍,在掃描電鏡下觀察,這些地方沒有明顯的白亮線。蠕變斷口上,有可能看到氧化色,有時還能見到蠕變孔洞。

                  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。經蠕變的樣品中,有可能看到蠕變孔洞,此外,碳鋼長時間在高溫下停留,碳化物會發生一定程度的石磨化。

                  四、提高蠕變抗力的措施1.設計方面根據產品的特點,正確地選擇材料和確定零件尺寸至關重要。近年來為適應產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10h。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到20h。

                  一般說來,這種失效形式需要較長的時間,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,進一步研究決定。

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

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

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