大量的化工容器是在高于室溫的條件下工作的。金屬材料的強(qiáng)度隨溫度而發(fā)生變化。

對(duì)高溫壓力容器要區(qū)別兩種不同的情況。

第一種是工作溫度在容器材料的蠕變溫度以下，設(shè)計(jì)時(shí)是以該材料在工作溫度下的機(jī)械強(qiáng)度為基準(zhǔn)，按通常的安全系數(shù)選取許用應(yīng)力。

第二種是工作溫度在容器材料的蠕變溫度以上，此時(shí)必須考慮材料的蠕變特性，按照容器的設(shè)計(jì)壽命來(lái)確定許用的應(yīng)力水平。

本節(jié)要討論的是第二種情況。

? 蠕變溫度指材料開(kāi)始呈現(xiàn)蠕變現(xiàn)象的溫度，對(duì)各種不同材料是 不同的。一般金屬材料的蠕變溫度Tc為： 

式中，Tm為金屬材料的熔點(diǎn)(K)。實(shí)際上，每種具體鋼號(hào)或金屬牌號(hào)都 有不同的蠕變溫度。大體上：碳鋼 > 350oC 低合金鋼 > 400~450oC 耐熱合金鋼 > 600oC  

? 有色金屬及其合金的蠕變溫度較低，如鉛及鈦等在室溫時(shí)受載就 會(huì)發(fā)生蠕變。

? 當(dāng)金屬材料在高于蠕變溫度的溫度下工作時(shí)，會(huì)產(chǎn)生兩種現(xiàn)象： 蠕變變形與蠕變斷裂。在這里不作金屬學(xué)的探討，而從工程應(yīng)用 的觀點(diǎn)作現(xiàn)象學(xué)的分析。為了敘述簡(jiǎn)便，下面把“高于蠕變起始 溫度”簡(jiǎn)稱(chēng)為“高溫”。

(一)蠕變變形 

? 在光滑試樣單向拉伸試驗(yàn)下，在 恒定溫度與恒定應(yīng)力作用下，試 樣的應(yīng)變—時(shí)間關(guān)系如圖所示。

? 蠕變變形有三個(gè)階段，第一階段 (01)為降速階段，第二階段(12) 為恒速階段，第三階段(23)為加 速階段，到點(diǎn)3發(fā)生斷裂。

? 在恒定溫度與不同應(yīng)力下測(cè)試時(shí)，可以得到一組曲線，如圖所示。 圖中s1>s2>s3。應(yīng)力越小則應(yīng)變?cè)叫。鄳?yīng)地，應(yīng)變速率越小。

? 通常在8個(gè)以上的不同應(yīng)力水平做 試驗(yàn)，歸納出蠕變應(yīng)變與應(yīng)力、時(shí) 間的關(guān)系式： 如果溫度T 恒定，則 

? 工程上為計(jì)算方便，常忽略第一階段 與第三階段，僅取第二階段，即恒速 階段。蠕變的應(yīng)變速率可以用下式表 達(dá)：

(二)蠕變斷裂

? 在高溫和應(yīng)力的長(zhǎng)時(shí)間作用下，金屬材料到一定時(shí)間就會(huì)斷裂，從 下面兩張圖可以看出。蠕變斷裂壽命2R(小時(shí))隨應(yīng)力的降低而延長(zhǎng)。 通常用光滑試樣在恒定應(yīng)力和恒定溫度下作試驗(yàn)。在一定應(yīng)力下的 蠕變斷裂時(shí)間稱(chēng)為該應(yīng)力下的蠕變斷裂壽命，反過(guò)來(lái)，在一定時(shí)間 下產(chǎn)生蠕變斷裂的應(yīng)力稱(chēng)為該時(shí)間內(nèi)的“持久強(qiáng)度”。

? 多個(gè)試樣在不同應(yīng)力水平下進(jìn)行試驗(yàn)， 得到材料的持久強(qiáng)度與蠕變斷裂壽命的 關(guān)系曲線。 

? 多個(gè)試樣在不同應(yīng)力水平下進(jìn)行試驗(yàn)， 得到材料的持久強(qiáng)度與蠕變斷裂壽命的 關(guān)系曲線。 

? 多數(shù)鋼材，應(yīng)力-壽命曲線有一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)F，標(biāo)志斷裂機(jī)制的轉(zhuǎn)變。

? 當(dāng)應(yīng)力高于F點(diǎn)時(shí)，斷裂是穿晶的，斷口為韌窩狀，縱斷面上可觀察 到晶粒的拉長(zhǎng)。 

? 當(dāng)應(yīng)力低于F點(diǎn)時(shí)，斷裂機(jī)制為沿晶界面的斷裂(沿晶斷裂)，晶界上 由于孔穴或微裂紋的積聚連貫而最終導(dǎo)致沿晶的宏觀裂紋擴(kuò)展，引 向斷裂。

? 蠕變與持久試驗(yàn)中數(shù)據(jù)的分散性很大，要在相當(dāng)多的試樣的基礎(chǔ)上 才能得到一條代表性的平均曲線。如果曲線的兩段均可近似地看作 直線，則s與tR的關(guān)系可用下式表述： 

? 式中，指數(shù)m為負(fù)值。顯然，對(duì)二段曲線，B與m的值是不同的。 

 ? 工程上，由于設(shè)計(jì)壽命要求較長(zhǎng)，在 105h以上，所以s較低，此情況，是沿 晶斷裂，且總應(yīng)變量比較小，所以失 效時(shí)呈現(xiàn)“脆性斷裂”的特征，但實(shí) 際上與通常意義上的脆性斷裂是有區(qū)別的。

? 以上都是在高溫下作長(zhǎng)時(shí)間試驗(yàn)的情況。 

? 高溫下短時(shí)拉伸試驗(yàn)，仍然可以獲得材料 在該溫度下的屈服點(diǎn)sy抗拉強(qiáng)度sb與塑性 形變曲線。但試驗(yàn)的速度相對(duì)要快一些。

? 若試驗(yàn)速度慢于高應(yīng)力下的蠕變速度，則 會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力平臺(tái)，此時(shí)應(yīng)力上不去而應(yīng)變 不斷增加。圖示是高溫下短時(shí)拉伸試驗(yàn)的 示意圖。 

? 高溫短時(shí)拉伸曲線(快速拉伸)有時(shí)對(duì)計(jì)算 應(yīng)力集中部位初始加載時(shí)的變形量有用。

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產(chǎn)品介紹：

西安中試測(cè)控科技有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“中試測(cè)控”）作為國(guó)內(nèi)高端材料試驗(yàn)設(shè)備領(lǐng)域的企業(yè)，其高溫蠕變?cè)囼?yàn)機(jī)以高精度、全自動(dòng)化、多場(chǎng)景適配為核心競(jìng)爭(zhēng)力，廣泛應(yīng)用于航空航天、核電能源、超合金研發(fā)等關(guān)鍵領(lǐng)域。

技術(shù)架構(gòu)與核心創(chuàng)新  

1. 超高溫穩(wěn)定控制體系  

   - 溫度范圍與均勻性：最高工作溫度達(dá)1600℃，采用多區(qū)獨(dú)立控溫技術(shù)，爐膛內(nèi)溫度波動(dòng)≤±1℃（國(guó)標(biāo)要求為±2℃），滿足鎳基單晶高溫合金、陶瓷基復(fù)合材料等超高溫測(cè)試需求。  

   - 動(dòng)態(tài)氣氛調(diào)控：支持惰性氣體（Ar、N?）、真空（5×10??Pa）及腐蝕性環(huán)境（如H?S）下的蠕變?cè)囼?yàn)，適配核電材料應(yīng)力腐蝕模擬場(chǎng)景。  

2. 智能加載與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)  

   - 多軸載荷精準(zhǔn)施加：最大載荷50kN，分辨率0.01N，支持拉伸、壓縮、彎曲復(fù)合加載模式，誤差率＜0.5%（行業(yè)平均為1.2%）。  

   - AI輔助變形監(jiān)測(cè)：集成激光散斑與數(shù)字圖像相關(guān)（DIC）技術(shù)，實(shí)時(shí)捕捉微米級(jí)應(yīng)變，數(shù)據(jù)采樣頻率達(dá)1000Hz，較傳統(tǒng)引伸計(jì)效率提升3倍。  

3. 全生命周期管理平臺(tái)  

   - 基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的“CreepCloud”云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)參數(shù)遠(yuǎn)程設(shè)定、設(shè)備健康度預(yù)測(cè)（如加熱元件剩余壽命評(píng)估）及全球?qū)嶒?yàn)室數(shù)據(jù)共享，2024年已接入國(guó)家材料科學(xué)數(shù)據(jù)中心。  

 市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力與差異化優(yōu)勢(shì)  

1. 技術(shù)壁壘構(gòu)建  

   - 擁有多項(xiàng)發(fā)明專(zhuān)利，其中雙閉環(huán)自適應(yīng)控溫算法突破國(guó)外技術(shù)，實(shí)現(xiàn)1600℃下連續(xù)3000小時(shí)無(wú)故障運(yùn)行。  

   - 與西安交通大學(xué)材料學(xué)院共建“極端環(huán)境材料測(cè)試聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室”，推動(dòng)ASTM E139、GB/T 2039等標(biāo)準(zhǔn)迭代。  

2. 成本與效率優(yōu)勢(shì)  

   - 采用模塊化設(shè)計(jì)，維護(hù)時(shí)間減少40%（傳統(tǒng)設(shè)備需停機(jī)2天/次，中試機(jī)型僅需8小時(shí)）；  

   - 單臺(tái)設(shè)備日均能耗成本28元（同類(lèi)進(jìn)口設(shè)備約50元），2024年入選《國(guó)家綠色技術(shù)推廣目錄》。  

3. 服務(wù)生態(tài)布局  

   - “4小時(shí)響應(yīng)圈”：在西安、成都、沈陽(yáng)設(shè)立三大區(qū)域服務(wù)中心，提供現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)、工況模擬定制服務(wù)；  

   - 培訓(xùn)認(rèn)證體系：聯(lián)合中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)開(kāi)展蠕變?cè)囼?yàn)操作師認(rèn)證，累計(jì)培訓(xùn)超500名專(zhuān)業(yè)人才。  

行業(yè)挑戰(zhàn)與未來(lái)規(guī)劃  

1. 當(dāng)前技術(shù)瓶頸  

   - 極端條件（如2000℃+超高溫、強(qiáng)輻射環(huán)境）下的傳感器抗干擾能力仍需突破；  

   - 多物理場(chǎng)耦合（熱-力-化學(xué)）仿真模型精度不足，試驗(yàn)數(shù)據(jù)與模擬結(jié)果偏差約15%。  

2. 2025-2028年戰(zhàn)略重點(diǎn)  

   - 超高溫?cái)U(kuò)展：聯(lián)合西北有色金屬研究院開(kāi)發(fā)2000℃級(jí)碳-碳復(fù)合材料加熱體；  

   - 智能化升級(jí)：引入量子傳感技術(shù)，實(shí)現(xiàn)納米級(jí)原位應(yīng)變監(jiān)測(cè)；  

   - 全球化合作：與德國(guó)茨維克（Zwick）共建歐洲研發(fā)中心，拓展歐盟市場(chǎng)認(rèn)證（CE/EN標(biāo)準(zhǔn)）。