一、應(yīng)力松弛
鋼材在高溫文應(yīng)力作用下，在應(yīng)變量維持不變，應(yīng)力隨著時間的延長而逐漸下降 的現(xiàn)象，稱為應(yīng)力松弛。
應(yīng)力松弛試驗一般采用圓柱形試樣，在一定的溫度下進(jìn)行拉伸加載，以后隨著時間的推移，由自動加載機(jī)構(gòu)卸掉部分載荷以保持總變形量不變，測定應(yīng)力隨時間的降低值，即可繪出松弛曲線。也可以采用具有等強(qiáng)度半圓環(huán)的環(huán)形試樣進(jìn)行松弛試驗，測定環(huán)形試樣缺口處寬度的變化來計算應(yīng)力降低的數(shù)值并畫出松弛曲線。
二、應(yīng)力松弛曲線
以應(yīng)力和時間t為坐標(biāo)的應(yīng)力松弛曲線可分為兩個部分，分別代表兩個不同的松弛階段。在第Ⅰ階段內(nèi)，應(yīng)力隨時間的增長而急劇降低；在第Ⅱ階段內(nèi)，降低的速度減慢，最后趨于穩(wěn)定。半對數(shù)坐標(biāo)(lgσ-t)的應(yīng)力松弛曲線中，第Ⅱ階段呈線性關(guān)系，因此可用以進(jìn)行外推，即由較短時間的試驗外推求得較長時間后的剩余應(yīng)力。
受相同的試驗溫度和初應(yīng)力F，經(jīng)相同的時間后，如剩余應(yīng)力越高，則材料的抗松弛性能越好。高溫工作中的零件由于存在應(yīng)力松弛，會不同程度地喪失彈性和緊固作用。因此對用于高溫的緊固件如彈簧、螺栓等的材料，需要測定松弛性能。
金屬材料在高溫下發(fā)生應(yīng)力松弛，是有一部分在初應(yīng)力作用下發(fā)生的彈性變形逐漸地轉(zhuǎn)化為塑性變形的成效。松弛現(xiàn)象與蠕變現(xiàn)象有著內(nèi)在的聯(lián)系，都是在高溫應(yīng)力作用下的不斷變形進(jìn)程，兩者的區(qū)分僅在于蠕變時應(yīng)力基本恒定不變，松弛時應(yīng)力則不斷在下降。
三、緊固件應(yīng)力松弛
應(yīng)力松馳發(fā)生在高溫下工作的緊固件上，如汽鍋、汽輪機(jī)上的螺栓、螺母、壓緊彈簧等。這些零件在持久高溫文應(yīng)力作用下，塑性變形增加，應(yīng)力下降，當(dāng)松弛到一定水平后，就會引發(fā)汽缸和閥門漏汽，平安門提早起座，影響機(jī)組正常運行，甚至發(fā)生危險。為了避免上述現(xiàn)象發(fā)生，一般要求經(jīng)過2×104h（兩次年夜修距離）運行后，螺栓最小應(yīng)力不低于最小密封應(yīng)力，這個密封應(yīng)力為150MPa（15.3kgf/mm2）。為了到達(dá)這一要求，可以采用以下措施：一是選擇抗松弛性能高的鋼材；一是提高螺栓的預(yù)緊力。
高溫情況下，緊固件的彈性變形逐件積累，最終成為塑性變形，導(dǎo)致彈性應(yīng)力下降，這種現(xiàn)象是應(yīng)力松弛，它的變形不會無限增大；而蠕變則不同，有可能整個過程都是在變形。
四、緊固件應(yīng)力松弛類型
高溫緊固件的緊力隨著時間的增長而逐漸下降的現(xiàn)象稱為松弛，松弛分為兩種：
4.1 短期松弛：緊固件各零件接觸表面雖經(jīng)精加工或磨光，但表面仍呈微觀的凹凸?fàn)顟B(tài)，預(yù)緊后幾分鐘至幾天內(nèi)，這些微凸體因發(fā)生塑性變形下陷而使緊力下降。零件表面越粗糙，螺栓和螺母螺紋配合越差，則短期松弛明顯。一般認(rèn)為，短期松弛可使預(yù)緊力下降約10%。螺栓的緊固方法對短期松弛影響很大，用張拉法(油壓拉伸器)緊固時，短期松弛引起的緊力下降達(dá)5%～43％；用轉(zhuǎn)角法緊固時，下降量為5%。確定預(yù)緊力和緊固工藝時，應(yīng)考慮短期松弛的影響。
4.2 長期松弛：高溫緊固件在設(shè)計運行期間內(nèi)發(fā)生的緊力下降。它可分為由振動引起的松弛和由材料蠕變引起的應(yīng)力松弛。
在應(yīng)力松弛過程中，高溫聯(lián)接部件的彈性變形逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄宰冃?，發(fā)生蠕變現(xiàn)象。其中有螺桿的伸長蠕變、螺紋的彎曲下沉蠕變、法蘭和墊圈的壓縮蠕變。一般認(rèn)為伸長蠕變是主要的。聯(lián)接部件的間隙變小和結(jié)合面涂料的減薄也會造成緊力的降低。
螺栓的預(yù)緊力應(yīng)大于設(shè)計期限內(nèi)螺栓材料的應(yīng)力松弛量和密封應(yīng)力之和。因此，材料的抗松弛性能越高，選用的預(yù)緊力就越低；或在相同預(yù)緊力條件下，抗松弛性能高的材料，可經(jīng)受更長時間的運行而不發(fā)生泄漏。但在實際使用上，不能過分追求高抗松弛性能，否則易發(fā)生突然脆斷事故。當(dāng)螺栓預(yù)緊力偏差較大或應(yīng)力集中明顯時，抗松弛性差的螺栓反而有利于緊力趨向均勻和減緩缺口處的應(yīng)力集中。
碳素鋼螺栓的工作溫度超過350℃和低合金鋼螺栓工作溫度超過400℃時，必須考慮螺栓的應(yīng)力松弛?；鹆Πl(fā)電廠幾種常用螺栓鋼的應(yīng)力松弛曲線列于圖1。
緊固件的拆裝次數(shù)會影響螺栓的抗松弛性能和使用壽命。重復(fù)擰緊會提高抗松弛性能，但同時消耗螺栓的壽命。當(dāng)多次重復(fù)預(yù)緊螺栓后，發(fā)生應(yīng)力松弛加快或預(yù)緊力加不到原定值時，表明螺栓的應(yīng)力松弛進(jìn)入第三階段。
當(dāng)機(jī)組的大修間隔時間延長或螺栓材料的抗松弛性能較低時，不宜使用提高預(yù)緊力的方法。因為提高預(yù)緊力不能相應(yīng)地提高經(jīng)長期運行后螺栓的殘余緊力，反而使螺栓的壽命下降。建議仍用原定的預(yù)緊力，在中小修時采用中間再緊螺栓的方法，可使保持氣密的時間延長一倍。
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