热交变应力

2019年第5期汽化冷却烟道与转炉氧枪连锁控制，主要由活动烟罩（裙罩）、固定段烟道、可移动段烟道、冷却烟道和斜弯烟道组成。

转炉吹氧炼钢时炉口喷出大量高温煤气，遇空气少部分燃烧后温度高达1700℃左右，汽化冷却烟道的工作原理与换热器相同，利用高温烟气的热量将通过软化处理和除氧处理的冷却水蒸发，利用水的汽化潜热带走冷却部件的热量来达到后续的除尘净化和煤气回收以及环境保护的工艺要求。

因工况环境十分恶劣，导致转炉生产运行过程中经常会出现水冷壁钢管破裂爆管等泄漏现象，严重影响到转炉的正常运转。

严重漏水还会产生蒸汽使烟道的过风量变大，可能造成烟气外溢造成污染，影响煤气的回收率和烟道余热的利用，大量软水被浪费，检修频繁，不仅对汽化冷却烟道的安全平稳运行产生重大隐患，还严重降低了生产效率。

为此，阅读文献可望找出冷却烟道失效的原因及其处理措施。

汽化冷却烟道失效常见原因分析（一）周期性交变热应力以某钢厂120t 的转炉生产为例，转炉一次炼钢周期为35min 左右，吹氧时间段在炼钢周期的中期，耗时约15min （补吹除外），进入汽化冷却烟道的炉气量可达76000m 3/h （标态下），温度高达1700℃左右，此时间段冷却烟道的热负荷急剧增加，管壁温度也陡增，转炉吹氧结束后，相应的热负荷也急剧降低，管壁温度随之下降，直到下个吹炼期，期间间隔20min 左右。

烟道内的热负荷频繁急剧变化，导致水冷管不仅受到周期性交变热应力，在热疲劳作用下的钢管表面通常会产生横向的疲劳裂纹，这与机械疲劳中观察到的疲劳裂纹相似。

管壁也会因频繁产生的轴向拉压应力而产生塑性变形，如此反复，烟道管就会产生大量竹节状热疲劳裂纹（蠕变），高温蠕变使得在金属管壁的微观结构中沿着固化晶界析出的碳化物会加速晶粒间裂纹的扩展。

裂纹扩展直至破裂，产生蒸汽泄露，影响汽化冷却烟道使用寿命。

（二）水循环恶化烟道结构设计不合理导致配水管不均匀，大部分烟道采用自然循环的水循环方式导致冷却水动力不足，上升管、下降管、受热管水循环阻力变大，冷却效果不好，造成冷却水管因水循环不良引起局部过热，循环水不能快速有转炉汽化冷却烟道失效常见原因及其处理程晓恬（广西钢铁），庞通，潘刚（技术中心）钢厂交流132019年第5期效地冷却管壁，管壁超温破裂漏水；同时，水循环异常波动引起水冷管液面脉动，当脉动表现为剧烈的水击现象时，会使焊缝断裂；在热流密度过大，热量陡增的过程中，受热管中水容易由核态沸腾转变为膜态沸腾，传热受到汽膜的阻隔，管子内壁得不到水的连续冷却，冷却水与管壁发生传热恶化，管子因管壁温度超高过热受损；热流场强度分布不均，特别在烟气侧涡流区部位，导致局部受热面热流密度过高，冷却水不能连续汽化，在蒸汽及饱和水的交替作用下，汽化点由于高频率水击引发疲劳损伤爆管。

热应力的计算公式可以通过热应力理论和弹性力学给出。

根据不同的情境和需要，热应力的计算公式有多种形式。

在材料力学的热应力计算中，热应力等于弹性模量乘以应变，而应变等于变形量除以原值。

热变形量则等于原值乘以热胀系数再乘以温差。

综合这些因素，可以得到热应力产生的推力等于截面积乘以弹性模量乘以热胀系数和温差。

这个公式可以表示为：σ= α × ΔT × E，其中σ是热应力，α是线膨胀系数，ΔT是温度变化，E是杨氏模量。

另一种热应力计算公式则考虑了泊松比的影响，公式为：σ_{th} = E(1 - v)(β_A - β_g)ΔT，其中E为杨氏模量，v为泊松比，β_A和β_g分别为陶瓷和玻璃的热膨胀系数，ΔT为温度变化范围。

请注意，以上公式中的单位需要统一。

例如，热应力可以有不同的单位，其中最常用的单位是MPa（兆帕），有时也会使用ksi（千克力/平方英寸）或其他单位。

线膨胀系数通常以℃为单位，杨氏模量以GPa（吉帕）为单位。

在实际应用中，需要根据具体的材料和工况选择合适的公式进行计算，并注意单位换算和参数取值。

同时，为了得到更准确的结果，还可以考虑使用有限元分析等数值方法进行热应力计算。

第13章 交变应力§13-1 交变应力与疲劳失效1．交变应力：构件内随时间作周期性变化的应力，称交变应力。

2．疲劳与疲劳失效：结构的构件或机械、仪表的零部件在交变应力作用下发生的破坏现象，称为疲劳失效，简称疲劳。

3．构件承受交变应力的例子：a．齿轮啮合时齿根A 点的弯曲正应力 σ 随时间作周期性变化。

如图13-1。

b．火车轮轴横截面边缘上点的弯曲正应力 A σ 随时间 作周期性变化，如图13-2。

tt sin I rM I y M ZZ ωσ⋅=⋅=c．电机转子偏心惯性力引起强迫振动梁上的危险点正应力随时间作周期性变化。

如图13-3。

4．疲劳失效的特点与原因简述 构件在交变应力作用下失效时，具有如下特征：1）破坏时的名义应力值往往低于材料在静载作用下的屈服应力； 2）构件在交变应力作用下发生破坏需要经历一定数量的应力循环；3）构件在破坏前没有明显的塑性变形预兆，即使韧性材料，也将呈现“突然”的脆性断裂； 4）金属材料的疲劳断裂断口上，有明显的光滑区域与颗粒区域。

如图13-4。

疲劳失效的机理：交变应力引起金属原子晶格的位错运动→位错运动聚集，形成分散的微裂纹→微裂纹沿结晶学方向扩展（大致沿最大剪应力方向形成滑移带）、贯通形成宏观裂纹→宏观裂纹沿垂直于最大拉应力方向扩展，宏观裂纹的两个侧面在交变载荷作用下，反复挤压、分开，形成断口的光滑区→突然断裂，形成断口的颗粒状粗糙区。

§13-2循环特征 应力幅 平均应力交变应力有恒幅与变幅之分，现考察按正弦曲线变化的恒幅交变应力σ 与时间的关系，如图13-5。

t1．应力循环：图中应力大小由 a 到 b 经历了一个全过程变化又回到原来的数值，称为一个应力循环。

完成一个应力循环所需的时间 ，称为一个周期t 。

2．循环特征或应力比：一个应力循环中最小应力 min σ 与最大应力 max σ 的比值：maxmin σσ=r称为交变应力的循环特征或应力比。

什么是热应力、热疲劳、热松弛
1、什么是热应力？
由于零部件内、外或两侧温差引起的零部件变形受到约束而在物体内部产生的应力，称为热应力。

2、什么是热冲击？
金属材料受到急剧的加热或冷却时，其内部将产生很大的温差，从而引起很大的冲击热应力，这种现象称为热冲击。

一次大的热冲击，产生的热应力能超过材料的屈服极限，从而导致金属部件的损坏。

3、什么是热疲劳？
金属零部件被反复加热和冷却时，其内部产生交变热应力，在此交变热应力反复作用下，零部件遭到破坏的现象叫热疲劳。

4、、什么是蠕变？
金属材料长期处于高温条件下，在低于屈服点的应力作用下，缓慢
而持续不断地增加材料塑性变形的过程叫蠕变。

5、什么是应力松施？
金属零件在高温和某一初始应力作用下，若维持总变形不变，则随时间的增加，零件的应力会逐渐地降低，这种现象叫应力松施，简称松施。

6、什么是脆性转变温度？发生低温脆性断裂事故的必要和充分条件是什么？
脆性转变温度是指在不同的温度下对金属材料进行冲击试验，脆性断口占试验断口 50%时的温度，用 FATT 表示。

含有缺陷的转子如果工作在脆性转变温度以下，其冲击韧性会显著下降，就容易发生脆性破坏。

发生低温脆性断裂事故的必要和充分条件是：
①金属材料在低于脆性转变温度的条件下工作；
②具有临界应力或临界裂纹，这是指材料已有一定尺寸的裂纹且应力很大。

⼀次应⼒，⼆次应⼒，偶然应⼒和失效准则1.在图中讲了，重量和压⼒导致的⼀次应⼒⽤热态许⽤应⼒来控制。

温度引发的弯头和三通处⼆次应⼒⽤安定性条件来控制，即三倍许⽤应⼒3*Sh。

2.我们来看⼀个热⼒直埋管道，⼤家都知道管道有锚固段，有活动段，我们看看每个部分的具体失效形式。

导致国内CJJ规范对直管应⼒评定错误采⽤安定性3*Sh，是规范编制⼈误认为完全约束段的应⼒是温度引发的，温度引发的就是⼆次应⼒，⼆次应⼒就可以⽤安定性条件来判断。

这是错误的，这地⽅的应⼒不是疲劳交变应⼒，管道仅仅处于热态受压，冷态基本⾃由。

管道完全受压的破坏是失稳，不是疲劳。

欧洲EN13941和俄罗斯GOST55596,以及美国的油⽓规范都是这么样做的。

管道的失效有三种：⼀次失效（管道承压问题--》爆裂，承重问题---》垮塌），⼆次失效（弯头和三通的疲劳破坏），刚度丧失（稳定性失效）。

埋地管道这三种失效都有，⽽架空管道既有⼀次和⼆次失效。

导致规范编制⼈出现这样错误，是对国外规范不了解或了解不透彻，对结构失效的三种形式不清楚，以遇到温度就归为⼆次应⼒，⼀旦是⼆次应⼒就是疲劳安定性问题。

补充前⾯的讲解。

⼀次应⼒往往控制在许⽤应⼒范围内，及弹性设计。

⼆次应⼒，交变应⼒，运⾏升温⾸次过屈服，后来的冷热交变在3*Sh内，⽤弹塑性设计安定性原理来控制。

管道受压失稳，要通过临界许⽤压应⼒来控制，埋地管道失稳由于管径的变化，有整体失稳控制和局部失稳控制两个部分。

我们切记，完全约束部分是失稳破坏，不是疲劳破坏。

这是整个国内埋地热⼒管道设计规范和很多⼈的误区。

管道能否做⽆补偿冷安装，不是什么神秘，也不是弹塑性安定性来⽀持的。

是你的温差和你的径厚⽐，埋深决定的。

理论上讲都可以做⽆补偿，但问题在于，你的活动段，折⾓处，三通处，截断阀怎么处理。

交变应力的定义交变应力是材料力学中的一个重要概念，它指的是物体受到交变载荷作用时所产生的应力。

在日常生活和工程实践中，我们经常会遇到交变载荷的情况，比如机械零件的振动、汽车的行驶、桥梁的风荷载等，这些都会对材料产生交变应力的影响。

交变应力的定义是指在交变载荷作用下，物体内部发生的应力变化。

交变应力通常由交变载荷引起的应力循环引起，这种应力循环会导致材料内部的应力不断变化，从而对材料的力学性能产生影响。

交变应力的产生原因主要有两个方面。

一方面是由于交变载荷作用下物体的形变，使得物体内部的应力状态发生变化。

另一方面是由于交变载荷引起的应力循环，使得物体内部的应力不断变化。

在交变载荷作用下，物体内部的应力会随着载荷的变化而变化。

当载荷增加时，物体内部的应力也会增加；当载荷减小时，物体内部的应力也会减小。

这种应力的变化可以是周期性的，也可以是随机的。

交变应力的大小与载荷的幅值、频率和载荷的形式有关。

幅值越大、频率越高、载荷形式越复杂，交变应力的大小就越大。

例如，当物体受到周期性的交变载荷作用时，交变应力的大小与载荷的幅值成正比，与载荷的频率成反比。

交变应力对材料的影响主要体现在疲劳寿命和疲劳强度两个方面。

疲劳寿命是指材料在交变载荷作用下能够承受的循环次数，而疲劳强度则是指材料在交变载荷作用下能够承受的最大应力。

交变应力越大，疲劳寿命就越短，疲劳强度也就越低。

为了提高材料的抗疲劳性能，可以采取一些措施。

例如，可以通过合理设计材料的形状和结构，使得材料的应力分布更加均匀，减小交变应力的大小。

此外，还可以通过材料的热处理和表面处理等方法，提高材料的强度和硬度，增强材料的抗疲劳性能。

交变应力是材料力学中一个重要的概念，它指的是物体在交变载荷作用下所产生的应力。

交变应力的大小与载荷的幅值、频率和形式有关，对材料的疲劳寿命和疲劳强度有着重要的影响。

为了提高材料的抗疲劳性能，可以采取合理的设计和处理方法。

通过对交变应力的研究和理解，可以更好地应对工程实践中的交变载荷问题，保证材料的安全可靠性。

的 应力幅
s max
用sa 表示
sa
smaxsmin
2
O
s min
4.平均应力
sa sa
t
最大应力和最小应力代数和的一半,称为交变应力的
平均应力.
用sm表示.
smsmax2smin
二、交变应力的分类
1.对称循环
在交变应力下若最大应力与最小应力等值而反号.
smin= - smax或 min= - max
限；
表示光滑小试样的持久极
限。
显然，有：
s 1, 1
右边表 格给出了在 弯,扭的对称 应力循环时 的尺寸因数.
表11-1 尺寸因数
直径 d(mm)
s
碳钢
合金钢
>20 ～30
0.91
>30 ～40
0.88
0.83 0.77
>40 ～50
0.84
0.73
>50 ～60
0.81
0.70
>60 ～70
0.78
r smin 1
s
smax
r = -1 时的交变应力,称为 O
对称循环交变应力.
smax
smin
t
sa smax sm0
2.非对称循环
r1时的交变应力,称为非对称循环 交变应力.
（1）若 非对称循环交变应力中的最小应力等于零（ smin=0）
s
r s min 0 s max
smax
O
s三、疲劳破坏
材料在交变应力作用下的破坏习惯上称为疲劳破坏
1.疲劳破坏的特点
（1）交变应力的破坏应力值一般低于静载荷作用下的强度 极限值,有时甚至低于材料的屈服极限.

汽轮机的热应力、热变形、热膨胀主要内容：主要介绍汽轮机的热应力、热膨胀和热变形；汽轮机寿命及如何进行汽轮机的寿命管理。

Ⅰ汽轮机的受热特点一、汽缸壁的受热特点汽轮机启停过程是运行中最复杂的工况。

在启停过程中，由于温度剧烈变化，各零部件中及它们之间形成较大的温差。

导致零部件产生较大的热应力，同时还引起热膨胀和热变形。

当应力达到一定水平时，会使高温部件遭受损伤，最终导致部件损坏。

1．汽缸的受热特点（1）启动时，蒸汽的热量以对流方式传给汽缸内壁，再以导热方式传向外壁，最后经保温层散向大气，汽缸内外壁存在温差，内壁温度高于外壁温度，停机过程则产生相反温差。

（2）影响内外壁温差的主要因素：①汽缸壁厚度δ，汽缸壁越厚，内外温差越大。

②材料的导热性能；③蒸汽对内壁的加热强弱。

加热急剧：温度分布为双曲线型，温差大部分集中在内壁一侧，热冲击时；加热稳定：温度分布为直线型，温差分布均匀，汽轮机稳定运行工况；缓慢加热：温度分布为抛物线型，内壁温差较大，实际启动过程中；2．转子的受热特点蒸汽的热量以对流方式传给转子外表面，再以导热方式传到中心孔，通过中心孔散给周围环境，在转子外表面和中心孔产生温差，温差取决于转子的结构、材料的特性及蒸汽对转子的加热程度。

Ⅱ汽轮机的热应力一、热应力热应力概念：当物体温度变化时，热变形受到其它物体约束或物体内部各部分之间的相互约束所产生的应力。

①温度变化时，物体内部各点温度均匀，变形不受约束，则物体产生热变形而没有热应力。

当变形受到约束时，则在内部产生热应力。

②物体各处温度不均匀时，即使没有外界约束条件，也将产生热应力；在温度高的一侧产生热压应力，在温度低的一侧产生热拉应力。

二、汽缸壁的热应力1．启动时，汽缸内壁为热压应力，外壁为热拉应力，且内外壁表面的热压和热拉应力均大于沿壁厚其他各处的热应力。

内壁；t E i ∆⋅-⋅-=μασ132 外壁：t E ∆⋅-⋅-=μασ1310 在停机过程中，内壁表面热拉应力，外壁表面热压应力。

构件外形的突然变化，例如构件上有槽、孔、缺口、轴肩等，将引起应力集中。在应 力集中的局部区域更易形成疲劳裂纹，使构件的持久极限显著降低。在对称循环下，若以 (σ −1 )d 或 (τ −1 )d 表示无应力集中的光滑试样的持久极限； (σ −1 )k 或 (τ −1 )k 表示有应力集中因 素，且尺寸与光滑试样相同的试样的持久极限，则比值
14.1
交变应力与疲失效的概念
某些零件工作时，承受随时间作周期性变化的应力。例如，在图 14.1(a)中 F 表示齿轮 啮合时作用于齿轮上的力。齿轮每旋转一周，齿轮啮合一次。啮合时 F 由零迅速增加到最 大值，然后又减小到零。因而，齿根 A 点的弯曲正应力 σ 也由零增加到某一最大值，再减 小到零。 齿轮不停地旋转，σ 也就不停地重复上述过程。σ 随时间 t 变化的曲线如图 14.1(b) 所示。又如，火车轮轴上的力 F (图 14.2(a))表示来自车厢的力，大小和方向基本不变，即 弯矩基本不变。但轴以角速度 ω 转动时，横截面上 A 点到中性轴的距离 y = r sin ω t ，却是 随时间 t 变化的。 A 点的弯曲正应力为
σm =
种情况称为对称循环。 这时由公式(14.1)、(14.2)和(14.3)得 r = −1 ， σ m = 0 ， σ a = σ max (a)
各种应力循环中，除对称循环外，其余情况统称为不对称循环。由公式 14.2 和 14.3 知 σ max = σ m + σ a ， σ min = σ m − σ a (14.4) 可见，任一不对称循环都可看成是，在平均应力 σ m 上叠加一个幅度为 σ a 的对称循环。 这一点已由图 14.5 表明。
交变应力的循环特征、应力幅和平均应力
交变应力的循环特征

规范操作热水锅炉启动及停运操作程序热水锅炉正确的启动、停运操作程序，对采暖网络安全可靠、经济运行及提高热水锅炉使用寿命，都有极大的关系。

热水锅炉正确的启动、停运操作程序，在《热水锅炉安全技术监察规程》中已有明确的规定：“第11条锅炉投入运行时，应先开动循环水泵，等供热系统循环水循环后才能提高炉温。

停炉时，不得立即停泵。

只有锅炉出口水温降到50℃以下时才能停泵。

”但在相当多的热水采暖锅炉房里，其启动、停运操作程序未能严格按照程序操作。

热水锅炉；启动；停运；操作程序最常见的错误操作程序有三种：（1）不先开启循环水泵使系统的水循环，而是先开启燃烧系统。

当锅炉内水温达到90℃左右时，再开启循环水泵进行循环。

（2）循环水泵启动后，立即开启燃烧系统进行提温。

（3）停运时，锅炉出口水温在70℃左右时就停止循环水泵的运行。

上述三种错误的操作程序，完全违反了《规程》规定的操作程序。

一方面与司炉人员的技术水平低、责任心差有很大关系，另一方面则在于概念上的错误使司炉人员对热水锅炉的安全不重视或重视的程度不够。

即认为热水锅炉与蒸汽锅炉相比较，完全绝对可靠。

这种不正确的操作程序及错误的概念，使热水锅炉及采暖网络完全处于不利的地位，易使锅炉及采暖网络的带着不安全隐患工作。

因此，很有必要对这种操作程序进行认真的剖析，指出他的错误性、危害性，以利于热水锅炉及采暖网络的安全经济运行。

第1、2种错误的操作程序，是以锅炉提温快，供暖快而为重要目的的。

并以此显示其操作技术高，能在很短的时间把热供出去。

在我国，大面积集中采暖虽然是采暖发展的方向，但在目前国内现有的条件下仅是很少。

多数地区都是小锅炉房小区域采暖。

这种小区域性采暖有许多缺点，其中一大缺点就是供暖是频繁的周期性的。

且不稳定。

即这次供暖到下次供暖由一个较长的间隔时间。

除个别热负荷很大的锅炉房外，多数锅炉房在零下十几度的天气里，两次供暖间隔时间在2～3小时，即使在零下二十几度的天气里，两次供暖间隔时间仍在1.5小时左右。

汽轮机高压主汽阀和高压调节阀概述1、概述主汽阀位于调节汽阀前面的主蒸汽管道上。

从锅炉来的主蒸汽，首先必须经过主汽阀，才能进入汽轮机。

对于汽轮机来说，主汽阀是主蒸汽的总闸门。

主汽阀打开，汽轮机就有了汽源，有了驱动力；主汽阀关闭，汽轮机就切断了汽源，失去了驱动力。

汽轮机正常运行时，主汽阀全开；汽轮机停机时，主汽阀关闭。

主汽阀的主要功能有两点：一是当汽轮机需要紧急停机时，主汽阀应当能够快速关闭，切断汽源。

二是在启动过程中控制进入汽缸的蒸汽流量。

主汽阀的关闭速度主要由其控制系统的性能所决定。

对于600MW 等级的汽轮机组，要求主汽阀完成关闭动作的时间小于0.2秒。

本机组主汽门关闭时间小于0.15秒，延迟时间小于0.1秒。

主汽阀在工作中承受高温、高压。

为了在高温、高压条件下可靠的工作，其构件必须采用热强钢，阀壳也做得比较厚。

为了避免产生太大的热应力，阀壳各处厚度应均匀，阀壳外壁面必须予以良好的保温，阀腔内应采取良好的疏水措施，并在运行时注意疏水通道的畅通。

在启动、负荷变化或停机过程中，应注意主汽阀部件金属表面避免发生热冲击，以免金属表面产生热应力疲劳裂纹。

急剧的温度变化，对主汽阀上螺栓的危害是很严重的。

这些螺栓在高温环境中承受着极大的拉伸应力，会产生缓慢的蠕变，其材料随之逐渐硬化、韧性降低；温度急剧变化所产生的热交变应力，将会使其产生热疲劳裂纹。

螺栓工作的时间越长，蠕变就越大，材料就越脆，就越容易在热交变应力的作用下螺栓产生裂纹，甚至断裂。

温度的急剧变化，将使阀盖与阀壳之间产生明显的膨胀差，致使螺栓的受力面倾斜，螺栓发生弯曲，从而在已承受极大拉伸应力的螺栓上又增加了弯应力。

温度的急剧变化，还造成阀盖内外表面很大温差，阀盖产生凹凸变化，又增加了螺栓的弯应力。

这种交变的热应力和弯应力，将导致螺栓很快产生裂纹，甚至折断。

因此，对螺栓应当有计划地进行检查。

阀杆在工作过程中，将承受很大的冲击力，阀杆应选用冲击韧性良好的热强钢，而且其截面尺寸的选取应保证能承受这种冲击力，应避免阀杆截面尺寸的突变，尽量避免应力集中。

2 转子对汽缸的相对膨胀： 当汽轮机启动加热 或停机冷却及负荷变化时，汽缸和转子都会产 生热膨胀或冷收缩，由于转子的受热面积比汽 缸大，且转子质量比汽缸小，蒸汽对转子的传 热比汽缸快得多，因此转子和汽缸之间存在着 膨胀差，这个膨胀差是转子相对于汽缸而言的， 故称为相对膨胀差，简称差胀。
在机组启动加热时，转子膨胀大于汽缸，其相 对膨胀差称为正差胀，而当汽轮机冷却时，转 子冷却较快，其收缩也比汽缸块，产生负差胀， 负差胀也会发生在有法兰螺栓加热装置的汽轮 机，当加热装置投入时，其汽缸膨胀可能比转 子膨胀得快。
B.热应力
启动时，转子外表面温度上升速度较中心孔 快得多，从而产生温差。外表面产生压缩应 力，内孔表面产生拉伸应力。若表面温升剧 烈，压缩应力会使表面材料屈服，在负荷稳 定后，转子表面会持续残余拉伸应力影响。 目前，把这种转子金属材料承受一次加热冷 却的过程称为一次温度循环，由此而引起的 疲劳则称为低周疲劳。这样的一次交变热应 力虽然不一定立即造成宏观可见的缺陷，但
转子轴向必然会缩短大容量机组转速高、 转子长离心力对胀差的影响应加以考虑。 随流量增大、转速上升高压转子的胀差逐 渐增大而中低压转子胀差先随转速升高而 增加中速之后又随转速增加而减小。
D.冷态启动监视参数
蒸汽升温速度
冷态滑参数启动的过程中，限制加负荷的主要因素 是胀差正值的增大，而影响胀差的主要因素就是蒸 汽的升温速度。蒸汽升温速度越快，不仅转子内的 温差大，而且转子与汽缸的温差也越大，其相对胀 差也就越大。因此一般限制主蒸汽温升率和再热蒸 汽的升温速度在规定范围内。根据数据计算可得， 冷态低速启动时主蒸汽温升率为12.67℃/min，高速 冷态启动时主蒸汽温升率为6.33℃/min，初始负荷 下的冷态启动主蒸汽温升率为5.85℃/min。

温度应力应变关系温度应力应变关系是描述材料在不同温度下对应力和应变的变化关系的一种物理性质。

材料在受到外力作用时，会产生应力，而当材料的温度改变时，应变也会随之变化。

因此，温度应力应变关系是材料力学性质和热学性质的结合。

温度变化会导致晶格的畸变，进而改变材料的物理特性，包括弹性模量、压缩模量、杨氏模量和泊松比。

当材料的温度变化时，材料的微观结构和物理特性都会发生变化。

例如，当温度升高时，金属晶体的原子震动增强，导致晶格的畸变，从而使材料的弹性模量降低。

在摄氏0度以下的温度范围内，各种金属的弹性模量随温度下降而变小，在低于-200℃的温度范围内，弹性模量逐渐接近于零。

这是由于在极低的温度下，材料的原子震动极小，即使在受到外力作用时，材料也无法发生弹性变形，因此材料渐渐失去了固体的特性。

另一方面，在高温下，材料的弹性模量也会降低。

这是由于在高温下，材料的原子间距大幅增加，同时晶格的畸变程度也增加。

这些变化导致材料的弹性模量降低，使得材料更容易发生变形。

材料的热膨胀系数是另一个描述材料物理特性变化的重要参数。

热膨胀系数是指材料在温度改变时，其体积的变化量与温度变化量的比值。

当材料受到加热时，其体积将会增加，这是由于温度的升高使得材料中的原子震动增强，从而导致晶格的畸变，使材料的体积也发生相应变化。

因此，在设计结构时需要考虑材料的热膨胀系数，以确保在温度变化时不会导致结构的破坏。

温度应力应变关系也对材料的疲劳寿命具有重要的影响。

当材料受到交变应力作用时，在一定的应力幅值下，材料会出现应力腐蚀、塑性屈服和开裂等破坏现象，进而导致材料的失效。

疲劳寿命与材料的弹性模量、热膨胀系数和热导率等物理特性密切相关，因此在设计材料时需要考虑这些因素。

第十一章交变应力§ 11.1 交变应力与疲劳失效§ 11.2 交变应力的循环特征应力幅和平均应力§ 11.3 持久极限（疲劳极限）§ 11.4 影响持久极限的因素§ 11.5 对称循环下构件的疲劳强度计算§ 11.6 持久极限曲线§ 11.7 非对称循环下构件的疲劳强度计算§ 11.8 弯扭组合交变应力的强度计算§ 11.1 交变应力与疲劳失效1.交变载荷：随时间作周期性变化的载荷。

2.变交应力：机器零部件受到交变载荷或由于本身的旋转而产生的随时间周期性变化的应力称为交变应力。

3.疲劳失效：当物件长期在交变应力下工作时，往往在应力低于屈服极限或强度极限的情况而突然发生断裂，即是塑性材料在断裂前也无明显的塑性变形，这种现象称为疲劳失效。

4. 发展简史：疲劳失效现象出现始于19 世纪初叶，产业革命以后，随着蒸汽机车和机动运载工具的发展，以及机械设备的广泛应用，运动的部件破坏经常发生。

破坏往往发生在零部件的截面尺寸突变处，破坏的名义应力不高，低于材料的抗拉强度和屈服点。

破坏的原因一时使工程师们摸不着头脑。

1829年，法国人Albert.W.A （艾伯特）用矿山卷扬机焊链条进行疲劳实验，疲劳破坏事故阐明。

1939年法国工程师poncelet J.V在巴黎大学讲课时首先使用“疲劳”这一术语，来描述材料在循环载荷作用下承载能力逐渐耗尽以致最后突然断裂的现象。

5.抗疲劳设计的重要性绝大多数机器零件都是在交变载荷下工作，这些零部件疲劳失效是主要的破坏形式。

例如转轴有50%或90%都是疲劳破坏。

其它如连杆、齿轮的轮点、涡轮机的叶片，轧钢机的机架，曲轴，连接螺栓、弹簧压力容器、焊接结构等许多机器零部件，疲劳破坏占绝大部分。

因此抗疲劳设计广泛应用于各种专业机械设计中，特别是航空、航天、原子能、汽车、拖拉机、动力机械、化工机械、重型机械等抗疲劳设计更为重要。

热应力温度改变时，物体由于外在约束以及内部各部分之间的相互约束，使其不能完全自由胀缩而产生的应力。

又称变温应力。

基本概念求解热应力，既要确定温度场，又要确定位移、应变和应力场。

与时间无关的温度场称定常温度场,它引起定常热应力;随时间变化的温度场叫非定常温度场，它引起非定常热应力。

热应力的求解步骤：①由热传导方程和边界条件（求非定常温度场还须初始条件）求出温度分布；②再由热弹性力学方程求出位移和应力。

全面定义定义1所谓热应力是指半成品干燥和烧成热加工中由于温差作用而产生的一种应力.热应力源包括升降温过程中砖坯内外及砖坯与环境温差卜来源文章摘要：本文定义了彩釉砖板面细小裂纹的随机性，建立它的力学模型．在此基础上阐述了它的形成机理和工艺控制。

定义2(()热应力:凡由于在搪玻璃材料中存在温度差而产生的应力称为热应力.(2)制胎成型应力:在铁胎制造过程中,由于卷板、冲压、组焊等操作所造成的应力来源文章摘要：<正> 质量优良的搪玻璃设备,其瓷层表面不仅要具有玻化程度适当,光滑平整致密,色泽均匀一致以及无棕孔、泡影,外来固体夹杂物,尤其不能有裂纹等缺陷。

但是,事实上,在搪玻璃设备的烧成过程中,常常会出现各种缺陷,其中瓷层裂纹是该厂搪玻璃产品中危害最大的一种缺陷。

一段时间以来,在我厂100ol反应罐盖的生产过程中,b型小咀r部位和小咀内壁瓷层常出现裂纹,并且裂纹一旦产生,就不能消除,最后只有打瓷返工,造成了大量的人力、物力浪费,并且,严重挫伤了工人的生产积极性。

定义32热应力的分类和特性:2·1＄应力分类玻璃中由于存在温度差而产生的应力统称为热应力.浮法玻璃在退火过程中不可避免地会出现温度梯度.根据温度梯度的方向,玻璃板厚度方向的温度差所形成的热应力称作端面应力或厚度应力来源文章摘要：浮法玻璃退火的目的是消除或减小玻璃中的热应力。

本文从热应力的基本概念出发,分析讨论了热应力的起因、分类和特性,为正确制订浮法玻璃退火规范提供了理论依据。

（4）脱碳敏感性 热作模具如果在无保护气氛下加热，其表面会发生氧化、脱碳现象，
就会使其硬度、耐磨性、使用性能和使用寿命降低。因此，要求模具钢的 氧化、脱碳敏感性好。对于某些氧化、脱碳敏感性强的热作模具钢，可采 用特种热处理，如真空热处理、可控气氛热处理等。
7.2 热作模具材料的选用
影响热作模具使用寿命的因素很多，如工作温度、承受的载荷、 模具的形状与尺寸、被加工材料的性质、质量、成型方式等因素。 选择热作模具材料要综合考虑这些因素，合理选用，并且模具钢的 纯净度要高、等向性要好、经过炉外精炼和多向锻造，确保热作模 具工作寿命。
7.2.2 热挤压模具用钢的选用
很多有色金属和钢的型材、管材和异型材是采用热挤压工艺成型的。
热挤压模具是在高温、高压、磨损和热疲劳等恶劣条件下服役的。热
挤压模具主要由挤压筒、冲头、凹模和心棒(用于挤压管材)等主要部件组
成。 热挤压模具的工作特点是加载速度较慢，因此，型腔受热温度较高， 通常可达500～800℃。对这类钢的使用性能要求应以耐磨性、高的回火稳 定性和抗热疲劳性能为主。常用的热挤压模具用钢有4Cr5MoSiV， 4Cr5MoSiV1，3Cr2W8V，4Cr5W2VSi钢等。热挤压模具用钢选择见表7-3
7.2.1 锻压模具用钢的选用 锤锻模用钢有两个问题比较突出 ——工作时受冲击负荷作用，故对钢的力学性能要求较高，特 别是韧性要求较高; ——锤锻模的截面尺寸较大(>400mm)，故对钢的淬透性要求比 较高，以保证整个模具组织和性能均匀。 中、小型锤锻模多选用合金含量较低、冲击韧性高的材料，如 5CrMnMo钢; 大型及型腔复杂的锤锻模通常选用淬透性较高的钢，如 5CrNiMo钢。5Cr2NiMoVSi钢耐热疲劳性、冲击性好，适于制造大截 面锤锻模具。

异种钢焊接接头中的热疲劳裂纹
异种钢焊接时由于两种母材金属热物理性能不同，可能会造成较大的残余应力而引发热疲劳裂纹。

例如，珠光体钢和奥氏体不锈钢在20~600℃温度范围内线胀系数分别为（13.5~14.5）×10-6/℃和（16.5~18.5）×10-6/℃，焊后焊接接头必然会出现较大的残余应力，在奥氏体焊缝一侧承受拉应力，而在珠光体钢焊缝一侧承受压应力，即使通过焊后热处理也不能消除，只会使残余应力重新分布。

如果上述异种钢焊接接头在高温下运行还会产生很大的热应力，尤其是在周期性加热和冷却的工作条件下服役，焊接接头就要承受严重的热交变应力，会在珠光体钢的一侧的熔合区中产生热疲劳裂纹，并沿脱碳层扩散，导致焊接接头在短期内破坏。

在炉管在长期服役过程中，会产生不同类型的冶金损伤、变形和破坏，必须对严重损伤和失效部位进行更换或修复，对受冶金损伤后的炉管，其焊接性很差，给焊接带来了很大困难。

为了使焊接接头具有良好的塑性，一般希望焊缝金属为纯奥氏体组织，而此时恰恰最易出现焊缝中心裂纹。

其形成机理与奥氏体不锈钢焊接形成结晶裂纹一样，可以用消除奥氏体不锈钢焊接结晶裂纹一样来选择焊接材料加以防止。

但是，微信公众号：hcsteel总的来说，由于奥氏体不锈钢及奥氏体不锈钢的优良塑性、小的屈强比、溶氢能力强及氢的扩散系数等原因，只要焊缝金属为奥氏体+5%~15%δ铁素体的双相组织，其各种
裂纹倾向性并不大。