椭圆形封头的机械性能试验详解

　　椭圆形封头材料的机械性能是指在外力的作用下，材料抵抗破裂和过度变形的能力。它包括材料的强度指标、弹性指标、塑性指标、韧性指标、疲劳强度、断裂韧度和硬度等。

　　1、强度指标

　　椭圆形封头材料的强度指标是决定其许用应力值的依据。设计中常用的有拉伸、压缩、弯曲、扭转、剪切的强度极限sb和屈服极限ss，高温时还要考虑蠕变极限sn和高温持久极限sD。

　　强度极限sb是指椭圆形封头材料在外力的作用下，由开始加载到断裂时为止所能承受的 应力。它是反映材料抵抗大量均匀塑性变形的强度指标。

　　屈服强度ss是指材料在外力的作用下，由开始加载到刚出现塑性变形时所承受的应力。它是反映材料抵抗微量塑性变形的强度指标。对某些材料，在加载试验时，其应力应变图中没有明显的屈服平台，此时 以产生0.2%塑性变形时的应力作为该种椭圆形封头材料的屈服极限，并用s0.2表示。

　　蠕变极限sn是指在一定的温度条件下，材料受外力作用在经历10万小时时间后产生的塑性变形量为1%时的应力。高温持久极限sD是指在一定的温度条件下，椭圆形封头材料受外力作用在经历10万小时时间后产生断裂时的应力。蠕变极限sn和高温持久极限sD均是高温下材料抵抗破坏的强度指标。

　　2、弹性指标

　　弹性指标是稳定性计算的主要依据，它包括的参数主要有弹性量E等。

　　弹性模量E是指材料在外力作用下产生单位弹性变形所需要的应力。它是反映椭圆形封头材料抵抗弹性变形能力的指标，相当于普通弹簧中的刚度。

　　3、塑性指标和韧性指标

　　塑性指标和韧性指标是材料受冲击载荷作用时的主要设计依据，也是低温或超低温条件下对材料使用性考核的一个重要指标。其中，塑性指标包括的参数主要有材料的延伸率δ、断面收缩率ψ。韧性指标包括的参数主要有材料的冲击韧性αk和冲击功Ak等。

　　延伸率δ是指试样发生拉伸破坏时，产生的塑性变形量与原试样长度比值的百分数。根据所选试样长度是试样直径的5倍还是10倍，延延率δ分别有δ5和δ10两个数据。断面收缩率ψ是指试样发生拉伸破坏时，其缩颈处的横截面积缩小量与试样原横截面积比值的百分数。延伸率和截面收缩率均是反映椭圆形封头材料塑性的指标。一般情况下，δ5<5%的材料为脆性材料。

　　冲击功Ak是指试样在进行缺口冲击试验时，摆锤冲击消耗在试样上的能量。而消耗在试样单位截面上的冲击功 是冲击韧性αk。它们是反映材料抗冲击载荷破坏的性能指标，或者说是反映材料韧性的一个性能指标。

　　由于冲击功仅为试样缺口附近参加变形的体积所吸收，而此体积通常又无法测量，且在同一断面上每一部分的变形也不一致，因此用单位截面积上的冲击功(即冲击韧性)αk来判断椭圆形封头材料韧性的方法在国内外已逐渐被淘汰，而应用较多的则是冲击功Ak。

　　材料的塑性指标和韧性指标与其强度指标和弹性指标不同，它们不直接参与力学计算，而仅仅定性地反映材料的性能。

　　4、疲劳强度

　　疲劳强度是指材料在交变应力的作用下，发生破坏时的 应力，通常用疲劳持久极限来衡量，即椭圆形封头材料在交变应力的作用下，经过无数次(一般规定大于106次~107次)的应力循环也不会导致疲劳破坏时的 应力。它是反映材料抗交变应力破坏的强度指标。

　　5、断裂韧度

　　断裂韧度是指材料在受力状态下，内部的裂纹刚刚扩展时其裂纹应力强度因子达到的临界值。如果应力强度因子超过这一临界值(即断裂韧度)，裂纹将会扩展而导致材料断裂。断裂韧度是判断椭圆形封头材料内部裂纹危险性的一个指标，该指标常被用在断裂力学设计中，或者用于在役压力管道的 性和剩余寿命的评估上。

　　6、硬度

　　硬度是指材料抵抗外物压入的能力，或者说是材料抵抗局部塑性变形的能力。材料硬度高时，其耐磨性也好。材料的硬度除了与其化学成分有关外，还与它的热处理状态、金相组织、加工或焊接残余应力等有关，故工程上常用检查硬度的办法检验椭圆形封头材料热处理的效果，也用它来检验焊接残余应力的存在程度。一般情况下，材料的布氏硬度与其强度之间有着下列近似关系：

　　低碳钢： σb=0.36 HB

　　高碳钢： σb=0.34 HB

　　调质合金钢：σb=0.325 HB