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主要机制:蠕变、高温氧化、敏化区晶间腐蚀、铁素体调幅分解(铸件)。
敏感指标:
蠕变:持久强度 σ_r(t,T) 和蠕变极限 σ_c(0.1%/10⁵h);
韧性:冲击功 Akv、断裂韧性 K_IC;
氧化皮厚度/脱碳层;
硬度(判断是否回火脆化或调幅分解)。
主要机制:热氧降解、增塑剂迁移、应力开裂、氧化脆化层向内扩展。
敏感指标:
氧化诱导时间 OIT;
拉伸强度/断裂伸长率;
熔体流动速率 MFR;
质量损失或表面硬度上升;
内表面 20 % 壁厚出现脆化层即判废。
金属:按 GB/T 2039、ASTM E292 做持久蠕变,至少 3 个温度(建议 50 ℃ 间隔)、4 级应力,得到 Larson-Miller 主曲线;
聚合物:按 ISO 11346、API 17B 做 Arrhenius 烘箱老化,3-4 个温度(每 10 ℃ 一档),测 OIT、拉伸性能,用 ln(t_crit)=Ea/RT+lnA 外推。
金属:运行 1×10⁴ h 后实测硬度、氧化皮厚、Akv,与加速曲线比对,修正“实际剩余寿命/预测寿命”比例因子;
聚合物:每 6 个月取 10 cm 样段测 OIT,当 OIT 降至原始值 50 % 时对应剩余寿命≈30 %,可提前安排更换。
| 材料体系 | 连续温度 | 设计寿命 | 首次全面检查 | 后续复检间隔 | 报废阈值(金属/聚合物) |
|---|---|---|---|---|---|
| 20G 碳钢 | 350 ℃ | 100 000 h | 20 000 h | 10 000 h | 蠕变 1 % 或氧化皮 0.3 mm |
| 15CrMo | 450 ℃ | 100 000 h | 25 000 h | 12 000 h | 持久强度下降 20 % |
| Z3CN20-09M 铸不锈钢 | 325 ℃ | 200 000 h | 30 000 h | 15 000 h | Akv < 50 J(调幅分解饱和) |
| PE100 管 | 60 ℃ | 50 000 h | 8 000 h | 4 000 h | OIT ≤ 5 min 或脆化层 20 % |
| PA-11 管 | 80 ℃ | 30 000 h | 5 000 h | 3 000 h | 拉伸强度下降 30 % |
| PI 管 | 250 ℃ | 100 000 h | 20 000 h | 10 000 h | 拉伸强度下降 25 % |
查设计资料 → 定材料、温度、压力、介质 pH/含水率;
选上述对应曲线 → 计算设计寿命 L₀;
投运后第一次停机(或 8 000-10 000 h)做基准检测 → 得性能保留率 η₀;
用 η₀ 修正 L₀ 得实际寿命 L_actual = L₀ × η₀;
按 0.4L_actual、0.7L_actual 设置“全面检查”和“更换”节点;
若出现超温 ≥ 30 ℃ 持续 100 h,则剩余寿命减半;≥ 50 ℃ 立即安排无损检测。
金属:手持式里氏硬度计 + 超声测厚/氧化皮测量 + 现场冲击试样(ASTM A370);
聚合物:便携式 OIT 分析仪(ASTM D3895)+ 拉伸哑铃切片 + 红外光谱测羰基指数;
数据记录:建立 Palmgren-Miner 累积损伤电子表,每班记录实际温度-时间,自动累加损伤分数,≥ 1 即报警。
按以上流程,可把“高温老化”转化为可量化、可跟踪、可停机的具体数字,既避免盲目提前更换,也防止超期服役失效。
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