對壓力容器用金屬材料而言,首先要求具有一定的強度,同時還應具有良好的塑性、韌性、可成形性及焊接性。這些性能都是通過一定的試驗方法按標準測試出來的。
1、拉伸試驗(tension test)
拉伸試驗是壓力容器用金屬材料力學性能測試中最常見的試驗方法,是在一定的溫度和靜載下將試樣沿軸向拉伸,以瞭解材料在彈性變形和塑性變形時的應力、應變的情況,以及材料在最大應力下的斷裂強度。試驗方法標準為GB/T 228.1—2010《金屬材料 拉伸試驗 第1部分∶室溫試驗方法》和GB/T228.2—2015《金屬材料 拉伸試驗 第2部分∶高溫試驗方法》。
2、蠕變及持久試驗(creep and stress rupture test)
蠕變極限和持久強度極限都是反映材料高溫性能的重要指標,其區別僅在於側重點不同極限以考慮變形為主、只允許產生一定的變形量時,在設計時就應考慮蠕變極限。持久強度尺限=要考慮在長期使用下的破壞抗力,有些部件,高溫下使用時間較長,對蠕變變形限制不嚴,但必保證使用時不破壞、這就需要用持久強度極限作為設計的主要依據。
3、硬度試驗(hardness test)
硬度就是指金屬材料抵抗壓入物壓陷的能力,也可以說是材料對局部塑性變形的抗力。硬度是材料的重要性能之一,一般情況下,材料的硬度高,其耐磨性能也較好。材料的硬度與強度之間也有一定的關係,詳見GB/T1172—1999《黑色金屬硬度及強度換算值》。
硬度可採用不同的方法在不同的儀器上測定,其所得的硬度指標也各不相同,最常用的硬度指標有布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HR)和維氏硬度(HV)等。
4、衝擊試驗(mpacttest)
夏比衝擊試驗是用於評定金屬材料韌性應用最廣泛的一種傳統力學性能試驗、是由法國工程師(Charpy)建立起來的。它是一種簡支梁式衝擊彎曲試驗,試驗時通過一次施加過載三點彎曲衝擊載荷使試樣發生斷裂,以此來顯示試樣的缺口特性。
我國現行的衝擊試驗方法標準為GB/T229—2007《金屬材料 夏比擺錘衝擊試驗方法》。
5、落錘試驗(drop-weight test)
落錘試驗作為工業性的試驗方法用來測定鐵素體鋼的無塑性轉變溫度(NDTT),是1952年由美國海軍研究所(NRL)在爆炸鼓脹試驗的基礎上發展起來的。該試驗方法是一種裂紋傳播試驗(也可稱為止裂試驗)。1963年落錘試驗方法列入了美國材料試驗協會標準,即ASTME208。隨後日本、原西德和澳大利亞等國也先後制定了各自的落錘試驗方法的標準。1986年我國也制定了GB/T6803 —1986《鐵素體鋼的無塑性轉變溫度落錘試驗方法》(其後於2008年修訂)。用落錘試驗方法測定的NDTT 是派尼林斯裂分析圖中的一個重要參數。它不僅是壓力容器(特別是低溫壓力容器和核容器)安全評定不可缺少的數據,而且作為評定材料和工藝質量的重要參數,在材料和工藝研究方面也得到廣泛應用。
落錘試樣以簡支梁的形式加載。在試樣受拉伸的表面上堆焊一道硬度較高的脆性焊道,並在焊道中部(試樣長邊的中心處)的垂直方向上用機械方法開一個人T缺口,試驗時將試樣的堆焊面朝下,置於規定的特製砧座上,砧座中部有限制下彎曲撓度的終止塊。在不同溫度下,用一個一定質量的,頭部半徑為 25mm 的圓柱面重錘自由落體向試樣中部加載。根據不同溫度下試樣受拉麵的開裂情況,判斷試驗材料的無塑性轉變溫度。當缺口起裂的裂紋剛好擴展到試樣的邊緣面上時的最高溫度,即為無塑性轉變溫度。落錘試驗所得到的無塑性轉變溫度(NDTT)的波動幅度小,一般只有5℃左右,因此試驗結果誤差相對較小,重複性好,具有一定的工程應用價值。除此之外,落錘試驗還具有可以直接給出無塑性轉變溫度,能在一定程度上模擬實際構件中存在的裂紋或其他缺陷,試驗結果與試樣取樣方向無關(即無方向效應),以及試樣製備較容易,試驗裝置及試驗操作簡單等優點。
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