大量的化工容器是在高于室溫的條件下工作的。金屬材料的強度隨溫度而發(fā)生變化。
對高溫壓力容器要區(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，設計時是以該材料在工作溫度下的機械強度為基準，按通常的安全系數(shù)選取許用應力。
第二種是工作溫度在容器材料的蠕變溫度以上，此時必須考慮材料的蠕變特性，按照容器的設計壽命來確定許用的應力水平。
本節(jié)要討論的是第二種情況。
? 蠕變溫度指材料開始呈現(xiàn)蠕變現(xiàn)象的溫度，對各種不同材料是 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(K)。實際上，每種具體鋼號或金屬牌號都 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受載就 會發(fā)生蠕變。
? 當金屬材料在高于蠕變溫度的溫度下工作時，會產(chǎn)生兩種現(xiàn)象： 蠕變變形與蠕變斷裂。在這里不作金屬學的探討，而從工程應用 的觀點作現(xiàn)象學的分析。為了敘述簡便，下面把“高于蠕變起始 溫度"簡稱為“高溫"。
(一)蠕變變形
? 在光滑試樣單向拉伸試驗下，在 恒定溫度與恒定應力作用下，試 樣的應變—時間關系如圖所示。
? 蠕變變形有三個階段，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3發(fā)生斷裂。
? 在恒定溫度與不同應力下測試時，可以得到一組曲線，如圖所示。 圖中s1>s2>s3。應力越小則應變越小，相應地，應變速率越小。
? 通常在8個以上的不同應力水平做 試驗，歸納出蠕變應變與應力、時 間的關系式： 如果溫度T 恒定，則
? 工程上為計算方便，常忽略第一階段 與第三階段，僅取第二階段，即恒速 階段。蠕變的應變速率可以用下式表 達：
(二)蠕變斷裂
? 在高溫和應力的長時間作用下，金屬材料到一定時間就會斷裂，從 下面兩張圖可以看出。蠕變斷裂壽命2R(小時)隨應力的降低而延長。 通常用光滑試樣在恒定應力和恒定溫度下作試驗。在一定應力下的 蠕變斷裂時間稱為該應力下的蠕變斷裂壽命，反過來，在一定時間 下產(chǎn)生蠕變斷裂的應力稱為該時間內的“持久強度"。
? 多個試樣在不同應力水平下進行試驗， 得到材料的持久強度與蠕變斷裂壽命的 關系曲線。
? 多個試樣在不同應力水平下進行試驗， 得到材料的持久強度與蠕變斷裂壽命的 關系曲線。
? 多數(shù)鋼材，應力-壽命曲線有一個轉折點F，標志斷裂機制的轉變。
? 當應力高于F點時，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。
? 當應力低于F點時，斷裂機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致沿晶的宏觀裂紋擴展，引 向斷裂。
? 蠕變與持久試驗中數(shù)據(jù)的分散性很大，要在相當多的試樣的基礎上 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的關系可用下式表述：
? 式中，指數(shù)m為負值。顯然，對二段曲線，B與m的值是不同的。
? 工程上，由于設計壽命要求較長，在 105h以上，所以s較低，此情況，是沿 晶斷裂，且總應變量比較小，所以失 效時呈現(xiàn)“脆性斷裂"的特征，但實 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時間試驗的情況。
? 高溫下短時拉伸試驗，仍然可以獲得材料 在該溫度下的屈服點sy抗拉強度sb與塑性 形變曲線。但試驗的速度相對要快一些。
? 若試驗速度慢于高應力下的蠕變速度，則 會出現(xiàn)應力平臺，此時應力上不去而應變 不斷增加。圖示是高溫下短時拉伸試驗的 示意圖。
? 高溫短時拉伸曲線(快速拉伸)有時對計算 應力集中部位初始加載時的變形量有用。
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