压力容器韧性断裂的宏观形态
压力容器韧性断裂的宏观形态用钢要求有优良的韧性和塑性,容器筒体韧性破裂时宏观上表现为大量塑性变形,一般是筒体在充分鼓胀之后迅速撕裂开一条较长的裂缝,或在接近封头处,因裂纹的快速撕裂受到一定的变形约束而出现分叉,但不产生碎片。用不同材料制成的压力容器筒体在爆破时,主要呈现出平(正断口和斜断口两种断裂形态。由于压力容器韧性断裂时,危害极大,因此对它的研究显得尤为重要,研究的目的之一就是为了预测容器的韧性断裂,并采取措施预防断裂的发生,或对在役压力容器进行安全评定。
试验在位移控制试验机进行,在电子扫描电镜下观察断裂行为。对断面的纵向剖面进行显微分析表明:在型断裂时,裂纹沿其延长线方向启裂、扩展,裂纹的启裂及扩展均服从空洞形核、扩张及最后的连接汇合的韧窝型断裂机制;断裂是沿原裂纹方向的,即断裂角为零,断裂方向不改变。
在型断裂时,裂纹启裂较缓慢,一旦启裂,裂纹扩展很迅速,但其扩展方向并非沿着原裂纹方向,而是与原裂纹方向有一个夹角,裂纹的启裂和扩展符合剪切断裂机制。在对钢作原位拉伸电镜观测发现,裂纹扩展方向为滑移线的集中区,形成集中剪切带,这种情况属于典型的剪切机制的启裂和扩展。复合型断裂裂纹的启裂和扩展随载荷复合比的不同而变化,在此暂不作讨论。
将型两种断口在扫描电镜下进行比较分析,主要考察其断面特征及细观特征,观察表明,型断口上韧窝分布均匀,断面的绝大部分面积为韧窝所占,围绕韧窝的剪切带较窄,韧窝的大小、形状较规则,得到充分发展的韧窝较多,其内部的夹杂一般处于中心,属典型的韧窝型韧断断口,宏观上表现为正断口。
在型断口上只有少数形状较小的韧窝被大片的蜂窝状剪切带包围,这些少量的韧窝形状大多呈椭圆形,内部夹杂有的已破碎以及有被拉动过的痕迹。因此型断口是由于剪切带集中造成的,属剪切型断口,宏观上表现为斜断口钢剪切破坏时的断口经电镜扫描发现:断面上有许多小剪切平台,只有少量的小韧窝,说明这种破坏并非空穴汇合的结果,而是由剪切集中造成的。(图/文)