压力容器材料两种韧性断裂形态的分析

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【摘 要】上世纪八十年代以来，断裂理论的研究趋势更趋向于注重与断裂机理相结合。从客观的角度来分析，现阶段的压力容器应用，在很多方面都表现出了较多的需求，日常的生产、生活，都需要压力容器来完成较多的工作，以此来巩固产品的质量和加工的水平。为此，我们应该从压力容器的材料出发，选择性价比较高的材料，通过对两种韧性断裂形态的分析，决定压力容器的材料选择，为后续的压力容器质量提升，做出更大的贡献。另一方面，应加强对压力容器材料相关内容的分析和研究，避免单一分析带来的负面影响。

【关键词】压力容器；材料；韧性；断裂形态

近年来，细观力学在材料断裂现象的宏、细观结合研究方面取得了很大的进展。从现阶段的研究来看，很多学者和专家都投入到了压力容器材料的研究方面，对韧性断裂的判断准则做出了较多的有益研究，在很多方面都建立了多元化的理论模型和计算方法。我国在现阶段的发展中，正属处于社会的重要阶段，很多工作都需要在技术上获得较大的提升，否则很容易造成社会发展的滞缓。在此，本文主要对压力容器材料两种任性断裂形态展开分析。

一、材料韧性断裂的细观机理

（一）韧窝型断裂

压力容器材料的两种韧性断裂形态，其中的一种形态就是韧窝型断裂。从细观机理来看，韧窝型断裂和压力容器材料内部围绕夹杂的物质，形成了一种空穴，这个过程是韧窝型断裂的重要表现。当韧窝型断裂出现的时候，细观机理突出表现为，压力容器材料内部空穴的形核、扩张、汇合。由此可见，韧窝型断裂是压力容器韧性断裂形态的重要表现，是日后研究的重点部分。现阶段的压力容器材料，多数情况会采用合金材料，合金材料虽然在很多方面的性能比较优异，但是，合金材料的细观结构，总体上表现出了较强的不均匀性，无论是在理论上，还是在实际中，都会夹杂一定的杂质，这对压力材料的分析而言，具有一定的阻力。例如，现阶段的很多非金属夹杂物、晶内析出的金属氧化物，在一般状态下，都会呈现出弥散的状态，并且被镶嵌在晶内。综合而言，韧窝型断裂具有较强的形态特点，通过该形态的断裂分析，能够更加深入的了解压力材料的各种优势和劣势，无论是采用合金还是采用其他的材料，都可以实现积极的改造效果。从韧窝型端口的电镜照片来看，压力材料的韧窝型断裂形态，能够比较清晰的看到韧窝组织，同时，有的韧窝内部，还能够清楚的看到夹杂物的粒子。综合而言，压力容器材料韧窝型断裂形态的研究，是很有必要的。

（二）剪切型断裂

压力容器材料两种韧性断裂形态当中，另一个断裂形态就是剪切型断裂。从现有的研究成果来看，压力容器的剪切型断裂机理并不是十分的清楚，相关研究表明，剪切型断裂形态的起因，与压力容器材料内部的细观剪切带和宏观剪切带具有非常重要的关系，主要是与细观、宏观剪切带的集中具有较大的关系，因此，在学术上也被称之为集中剪切型断裂。剪切型断裂在目前的研究过程中虽然比较深入，但并不意味着其研究结果比较丰硕，相反的，剪切型断裂形态的分析工作，还有很多不明确的地方。从剪切型断口上的SEM上，可以非常清楚的看出剪切型断裂的断口特点，该断口与韧窝型断裂口的细观特征，表现出了较多的不同。这些差异充分说明，在剪切型断裂的断面上，存在许多的小型剪切平台，并且韧窝也比较小，这就充分说明，破坏的原因，主要是由于剪切集中所造成的，而不是传统意义上的空穴汇合的结果。通过进行细致分析和研究后，我们得到了16MnE四点弯曲试验的裂尖金相组织照片，从照片来看，即便是在剪切变形的范围远远超出的情况下，剪切破坏仍然没有出现。为此，我们得到结论，剪切破坏的控制条件，不仅仅会受到应力状态的影响，同时还与压力容器材料的结构特性具有密切的关系，日后可在这个方面进行深入的研究，以此来获得更多的数据和信息。

二、压力容器韧性断裂的宏观形态

在现阶段的生产和加工当中，压力容器材料的两种任性断裂形态获得了深入的分析，除了对压力容器材料两种断裂形态进行分开研究以外，我们还对压力容器韧性断裂的宏观形态进行分析，将得到的结果和数据进行整理，能够进一步了解压力容器在工作过程中出现的各种问题，采取针对性的优化措施，以此来保证压力容器更好的运行，实现客观上的材料优化和性能提升。综合而言，压力容器韧性断裂的宏观形态分析，主要是从以下几个方面出发：第一，压力容器的用钢要求，其必须具有优良的韧性和塑性，能够在宏观上承受大量的变形状态。压力容器材料的性质，从客观上决定了其能否得到更好的运行结果，尤其是在筒体充分鼓胀之后。第二，通过分析后得知，用不同材料制成的压力容器，其筒体在爆破的过程中，宏观上主要是呈现出平断口和斜断口两种断裂形态，应根据现实情况进行判断，并采取针对性的措施来弥补。第三，为了能够更好的探究压力容器材料韧性断裂形态，尤其是在宏观形态与细观形态的关系，应在日后的工作中开展大量的实验工作，必要时可进行显微观测和原位拉伸电镜观测。

三、两种断裂模式与应力状态的关系

压力容器材料两种韧性形态的关系，在很多方面都具有较大的影响。从客观的角度来分析，两种断裂模式与应力状态的关系，是现阶段的研究重点，并且很有可能成为决定压力容器性能发挥的重点部分。我国在现阶段的很多生产、生活当中，都需要压力容器来完成，并且在很多方面要达到较高的水平。从主观的角度来分析，现阶段社会对产品的质量和性能要求较高，两种断裂模式与应力状态的关系，从某种程度上决定了压力容器材料能否得到交大的提升，进而将会对与压力容器有关的产品造成影响。为此，我们在今后的研究和分析工作中，应进一步加强韧窝型断裂、剪切型断裂与应力状态的关系分析。结合以往的工作经验和当下的研究成果，试件在不同的弯剪比下，由于开始试件中心约束最大，心部的应力三轴度最大，可能大于其临界值，因此心部都有韧窝型启裂的痕迹留下，而在裂纹前端尖角区，可能剪切作用相当强烈，使得微观剪切高度集中，造成了剪切型的启裂。一旦裂纹扩展，试件中心的约束会减小，应力三轴度也会随之减小，在裂纹的延伸区，如果应力三轴度减小到临界应力三轴度之下，则韧窝型断裂的模式不能继续，剪切型模式占据主导，宏观的断裂模式仍为剪切型。这就是剪切型断裂的SEM照片中有少量韧窝的存在，而韧窝型断裂中又有少量剪切带存在的原因。

总结：本文对压力容器材料两种韧性断裂形态展开分析，从目前的研究来看，很多机构都对压力容器材料的两种韧性断裂形态展开了深入分析，并取得了较为积极的成果，总体上的应用效果是比较值得肯定的。但是，现阶段的压力容器应用，正处于一个比较重要的阶段，材料作为压力容器的决定性因素，还需要进一步分析其他断裂形态的作用和机理，同时要融入较多的技术和试验方案，否则在今后的工作中，很难得到理想的研究成果。

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