疲劳
机械的主要零部件经过较长时间运行后，未产生明显的塑 性变形而突然发生断裂的现象。 实验表明，平均应力越大，疲劳极限越高，所允许的交 变应力幅度越小，疲劳损伤也就越小；零件在超过疲劳极 限的应力下继续工作，直到断裂时，所能经受的应力循环 次数越多，零件抵抗过载荷损伤的能力则越高。 实验还表明，金属材料在低于或接近于疲劳极限下运行 一定次数后，其疲劳极限还会提高，也就延长了疲劳寿命， 此现象称次载荷锻炼。
裂
2. 脆性破裂的主要特征： a 无明显的塑性变形 b 断口宏观分析呈金属晶粒状并有光泽，断口平直与主应 力方向垂直 c 破裂通常为瞬间发生，有碎片飞出 d 破坏应力低于或接近于材料的屈服极限 e 在低温度下发生破裂 f 破裂总是在缺陷处或几何形状突发处首先发生
3.1.1 破
裂
3. 导致脆性破裂的主要原因 a 低温 b 材料本身缺陷 c 焊接处与焊缝处有缺陷 d 材料中硫磷含量过高及应力腐蚀都将恶化材料的机械 性能，从而引起脆性破裂
3.1.1 破
裂
c 晶间腐蚀是一种局部的、选择性的腐蚀破坏。这种腐蚀 破坏常常沿着金属材料的晶粒边缘进行。腐蚀性介质渗入 到金属材料深处，金属晶粒之间的结合力因腐蚀而破坏， 从而使材料的机械性能下降或完全丧失，只要用很小的外 力就会破坏。 d 应力腐蚀是金属材料在拉伸应力和特定的腐蚀环境共同 作用下，以裂纹形式发生的腐蚀破坏。应力腐蚀破裂有3 个要素： 应力、腐蚀、破裂 e 疲劳腐蚀是金属设备在腐蚀介质和交变拉应力共同作用 下而发生腐蚀破坏的一种形式。
第三章 事故机理 及致因理论
第三章 事故机理
3.1 物理性作用 3.2 化学性作用 3.3 工业中毒事故 3.4 人的因素
3.1 物理性作用
• 3.1.1 破裂 按金属材料破裂的现象不同，容器、管道 的破裂可分为韧性破裂、脆性破裂、疲劳 破裂、腐蚀破裂和蠕变破裂等五种形式。
3.1.1 破
• 韧性破裂
3.1.1 破
裂
2. 导致疲劳破裂的主要原因 a 承受交变循环载荷 b 过高的局部应力 c高强度低合金钢的广泛应用和特厚材料的应用增加， 材料本身和焊缝处往往很容易形成各种缺陷
3.1.1 破
裂
• 蠕变破裂 指金属材料长期在高温条件下受应力的作用而产生缓慢、 连续的塑性变形而产生的破裂。 1.蠕变破裂的主要特征： a 只发生在高温容器或装置中，有明显的塑性变形 b 断口晶相分析可发现微观晶相组织有明显变化 c 破裂应力低于材料正常操作温度下的抗拉强度 2. 导致蠕变破裂的主要原因： a 设计时选材不合理 b 操作不佳、维护不周
• 物理爆炸是指由于物理原因引起的物质的状态发生突变而 导致的爆炸现象。其爆炸前后的物质种类与化学成分均不 发生变化。 • 通常有两种情况：一种是常压下发生，一种是超压下发生。 • 判断方法： a 从破裂的一般特征进行分析 b 通过破裂压力验算和爆炸能量计算来进行分析
3.1.3 磨损与疲劳
• 磨损 （1）粘着磨损—没有形成完全润滑时的磨损。例如活塞 与活塞环的磨损。 （2）磨料磨损—两个零件表面之间由于存在尘埃、金属 屑等坚硬的磨粒时所造成的磨损。例如汽缸与活塞之间的 磨损。 （3）腐蚀磨损—由于腐蚀作用使金属氧化物剥落，致使 金属表面间发生的机械磨损。例如键与键槽。
3.1.1 破
裂
• 常见的腐蚀破裂事故有5种： • 渗碳腐蚀是指在处理CO、CO2 或烃的高温装置和管道的金属表面上 析出碳，从而破坏金属氧化膜保护层的破坏形式。 • 氢脆是在高温高压下，氢气渗入到钢材内，与金属材料内的渗碳体相 互作用生成甲烷逸出而使碳钢脱碳，以致使材料的强度与塑性大幅度 降低的破坏形式。 • 苛性脆化是指废热锅炉或水夹套汽包等设备在高温条件下，水质中浓 碱生成钠盐，在热碱溶液的腐蚀和抗应力共同作用下而发生的破坏形 式。 • 硫化氢腐蚀是指硫化氢对器壁产生应力腐蚀或腐蚀疲劳，促使裂纹形 成、裂纹扩展，最后导致破裂的一种破坏形式。 • 氯脆是指奥氏不锈钢在高温氯化物水溶液中引起的应力腐蚀破裂现象， 造成破裂的介质是含氯离子的冷却用水。 CO、CO2 气体的应力腐蚀 是指充装CO、CO2 或他们混合气体的设备，在较高温度和水分存在 的情况下产生应力腐蚀，从而导致断裂的破坏形式。
3.1.1 破
裂
• 腐蚀破坏的主要特征： a 渗碳腐蚀的不锈钢金属表面呈孔蚀状 b 氢脆金属表面及断口上有鼓泡现象 c 碱脆断裂容器断口与主拉伸应力方向基本垂直 e 硫化氢腐蚀容器器壁上有一层银灰色、多孔、松散的易 剥落层—硫化铁 f 氯脆设备表面有腐蚀坑存在 • 导致腐蚀破坏的主要原因6条
3.1.2 物理爆炸
裂
指容器、管道在压力作用下，器壁上产生的应力超过材料 的强度极限而发生断裂的一种破坏形式。 1.韧性破裂的主要特征 a 材料具有明显的形状改变和较大的塑性变形 b 断口呈暗灰色纤维状，无金属光泽，端口不齐平 c 破裂不产生碎片 d 爆破压力与计算的爆破压力接近
3.1.1 破 裂
2.导致韧性破裂的主要原因 a 超压、安全阀失灵、操作失误等 b 器壁厚度不够，或者使用中变薄，设计原因等。
3.1.1 破
• 腐蚀破裂
裂
指容器壳体由于受到腐蚀介质的作用而产生破裂的一种破 坏形式。
1.腐蚀破裂分为五类: 均匀腐蚀、点腐蚀、晶间腐蚀、应力 腐蚀和疲劳腐蚀。
a 均匀腐蚀是由于设备大面积出现腐蚀现象，从而使器壁 变薄、强度不够导致的塑性破坏。 b 点腐蚀是由于潮湿介质、氯或其它介质在金属表面形成 腐蚀电池发生电化学腐蚀，从而使其表面形成穿孔或局部 腐蚀深坑，它将引起应力集中。
3.1.1 破
裂
• 疲劳破裂 指材料在反复加压、卸压过程中在低应力状态下突然发 生的破坏形式。 1. 疲劳破裂的主要特征： a 破坏时无明显的塑性变形 b 断口可见到疲劳裂纹的产生、扩展和最后断裂等区域， 前两者较光滑，后者较粗糙。 c 开裂部位在应力高的地区 d 发展缓慢 e 通常是在操作温度、压力大幅度波动且频繁启动、停车 情况下发生。
3.1.1 破
• 脆性破裂
裂
指容器在破裂时没有宏观的塑性变形，器壁平均应力远没 有达到材料的强度极限，有的甚至低于屈服极限，其破坏 现象和脆性材料的破坏相似。 1.发生低应力脆性断裂的必需条件有三个：
a 设备容器本身存在缺陷或几何形状发生突变 b 存在一定的水平应力 c 材料韧性很差
3.1.1 破