工程材料-过控-6-过程装备失效与材料的关系幻灯片.ppt

;;金属材料常见失效形式及其判断 装备在使用过程中，由于应力、时间、温度和环境介质等因素的作用，失去其原有功能的现象时有发生。这种丧失其规定功能的现象称为失效。 过程装备失效存在着各种不同的情况： a. 完全失去原有功能的现象是失效； b. 装备性能劣化，不能完成指定的任务是失效； c. 失去安全工作能力的情况也属于失效。;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。;100万吨加氢裂化装置;硫回收装置;聚乙烯造粒塔装置;;吉林石化爆炸现场;失效:材料丧失其规定功能的现象。 ?;变形失效的原因及改进措施 ;断裂失效（危害性较大，影响因素多） ;;;;;厚壁容器脆性断裂外观 ?;韧性断裂失效;韧断断口特征 ;失效裂管照片图 ;裂纹断口的形貌，500× ;韧断的机理;韧断的机理;脆性断裂失效 ;脆性断裂失效? ;脆断断口特征 ;脆断断口特征 ;脆断机理;脆断的原因;σmax;;3）尺寸效应 4）焊接质量 焊接缺陷一般有：夹杂、气孔、未焊透和焊接裂纹等，而其中焊接残余应力与裂纹的存在对焊接构件的断裂起着重要的作用。 5） 工作介质 金属构件在腐蚀介质中，受应力(尤其拉应力)作用，同时又有电化学腐蚀时，极易导致早期脆性断裂。 6）材料组织;疲劳断裂的特征 ;疲劳断裂的特征 ;(3)疲劳破坏只可能在有使材料分离扯开的交变拉伸(或挤压)和交变剪切应力的情况下出现。 交变的纯压缩载荷不会出现疲劳破坏，压应力使裂纹闭合而不会使裂纹扩展。 疲劳起源点往往出现在最大拉应力处。 ;;(4)三个阶段;疲劳断口宏观形态;疲劳断口微观形态;疲劳断裂的原因及改进措施： ① 表面状态。疲劳断裂多数起源于构件的表面，这是由于工作时表面应力最高，加上各类加工工艺程序难以确保表面加工质量而造成的。因此，提高构件的表面加工质量及强化表面处理是提高构件疲劳抗力的重要途径。 ② 缺口效应与应力集中。 在缺口的根部及其附近有高的峰值应力和形成应力集中区。缺口效应大大降低材料的疲劳强度。 材料的抗拉强度愈高，缺口对疲劳强度削弱愈大，高强度材料削弱最严重。因此构件应避免应力集中，缺口结构设计一定要考虑疲劳断裂问题，避免选用缺口敏感的材料。;③ 残余应力。 工艺制造上应避免残余拉应力的产生. 使构件表面诱发产生残余压应力 (如喷丸、滚压等)。 采取有效的焊后热处理以降低或消除焊后残余应力。 ④ 材料本质。不同的材料有不同的疲劳抗力，一般可从疲劳强度与抗拉强度的比值，即疲劳比反映出来。 中低强度钢疲劳比为0.5， 灰口铸铁为0.42，球墨铸铁为0.48， 18—8铬镍奥氏体不锈钢为0.38。 对于高强度钢，尽管抗拉强度大于1400MPa，疲劳强度也不超过700 MPa，因此高强度钢容易引发疲劳裂纹。疲劳强度与抗拉强度之比不遵循线性关系。;*;腐蚀的危害 ;经济损失包括直接损失和间接损失;腐蚀;化学腐蚀是指金属表面与非电解质直接发生纯化学作用而引起的破坏，在化学腐蚀过程中不产生电流。 如钢在高温下的氧化是通过化学反应而完成的，金属材料在不含水的有机溶剂中的反应也属于化学腐蚀。;物理腐蚀是指金属材料由于单纯的物理作用所引起的材料恶化或损失。 例如用来盛放熔融锌的钢容器，由于钢铁被液态锌所溶解，钢容器逐渐变薄了. 近年来引起广泛关注的金属尘化，也是一种物理作用的高温气相腐蚀，金属尘化一般是指一些金属(如铁、镍、钴及其合金)在高温碳(碳氢、碳氧气体)环境下碎化为由金属碳化物、氧化物、金属和碳等组成的混合物而致金属损失的行为，由于金属尘化通常与金属材料的渗碳有关，而且腐蚀速度较快，所以又称为灾难性渗碳腐蚀。;按腐蚀形态，可把腐蚀分为全面腐蚀(均匀腐蚀)和局部腐蚀。 均匀腐蚀在材料整个暴露表面上或者在大面积上产生程度基本相同的腐蚀称为均匀腐蚀，又称全面腐蚀。均匀腐蚀使材料厚度均匀减薄，承载能力逐渐下降而失效。如果构件设计时考虑足够的腐蚀裕度，则能在设计寿命内安全使用。 局部腐蚀常见类型有点蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀开裂、氢腐蚀和腐蚀疲劳等，而其中最常见又最危险的是应力腐蚀开裂。;;金属腐蚀破坏形式 1-均匀腐蚀 2-不均匀腐蚀 3-选择性腐蚀 4-斑状腐