太空救援之低溫脆斷以及低溫水壓試驗(yàn)造成的悲劇
電影《太空救援》非常精彩,故事講述的是蘇聯(lián)的空間站“禮炮七號(hào)”失聯(lián)之后的事情。
為了探查空間的失聯(lián)原因和避免空間站的科技落入美國(guó)之手兩個(gè)宇航員臨危受命乘坐太空飛船去修復(fù)失控的空間站。為了蘇聯(lián)的榮譽(yù)他們必須搶在美國(guó)人之前對(duì)接空間站并且恢復(fù)空間站的正常運(yùn)行。

在炫技的飛船和空間站對(duì)接,低溫、火災(zāi),缺氧等種種驚心動(dòng)魄的事件后,空間站由于隕石撞擊,傳感器外殼變形,導(dǎo)致太陽(yáng)帆無(wú)法打開(kāi),沒(méi)有能源,太空站制氧,制熱都沒(méi)有辦法進(jìn)行。此時(shí)剩余氧氣只夠一個(gè)人返回地球,另一個(gè)人將會(huì)喪生太空。
兩人面對(duì)生死抉擇,依然決定共進(jìn)退。
為此他們必須要在氧氣用完之前,將傳感器外殼整體敲掉。即下圖中的有點(diǎn)黑乎乎的管子。
他們兩個(gè)人就來(lái)到了空間站外,可是發(fā)現(xiàn)怎么敲不動(dòng),因?yàn)閭鞲衅鹘饘偈氢伈?,又輕便又堅(jiān)固,而且非常厚了。他們差點(diǎn)放棄。可是他們忽然想到小時(shí)候冬天的車(chē)鏈子經(jīng)常斷掉,因?yàn)榈蜏叵碌慕饘贂?huì)變得脆弱。太空的溫度可比地球上冷多了,所以他們有信心能夠創(chuàng)造奇跡。

宇航員揮舞著錘子,用力的砸,在空曠的太空中,一錘又一錘,絕望中帶著希望,但是傳感器紋絲不動(dòng)。

而在地球上,這次援救計(jì)劃的指揮官,也對(duì)著1:1的模型,相同材料結(jié)構(gòu),相同的錘子,瘋狂的砸。

在精疲力盡后,地球上的傳感器紋絲不動(dòng),指揮官?gòu)氐捉^望了:“想用錘子把鈦傳感器砸開(kāi),根本不可能!”。
氧氣慢慢耗盡,太陽(yáng)漸漸要照耀到空間站,宇航員非常焦急的說(shuō):來(lái)不及了。

在太陽(yáng)照射到空間站時(shí),宇航員發(fā)出最后一擊,奇跡出現(xiàn)了,鈦傳感器被砸飛了!

空間站的太陽(yáng)能帆開(kāi)始展開(kāi),電力恢復(fù),他們得救了!
電影非常精彩,我被宇航員們的勇氣,能力,智慧,善良,樂(lè)觀主義的精神深深打動(dòng)。
在太空中錘鈦制傳感器的一幕也有著深深的印象。
正常溫度下,人類(lèi)是不可能用錘子將鈦傳感器錘斷。但是隨著溫度降低,材料特性一般是越來(lái)越脆。
低溫脆斷的破壞時(shí),結(jié)構(gòu)的元件內(nèi)部應(yīng)力水平很低,通常低于材料的屈服強(qiáng)度,甚至低于材料的設(shè)計(jì)應(yīng)力。
傳感器被撞產(chǎn)生初始缺陷(被隕石撞),在太空中,溫度很低,鈦材處于低溫狀態(tài),宇航員的錘擊造成了鈦材的低溫脆斷,而反復(fù)的錘擊也造成了累積疲勞。在兩者疊加下,成功將鈦傳感器破壞。
疲勞加低溫脆斷的知識(shí)在這一刻,挽救了宇航員的生命。
百度了一下鈦材的特性:
1.隨著溫度降低,鈦材強(qiáng)度升高,但塑性幾乎不降低,保持較好的延性及韌性,避免了金屬冷脆性.
2.低間隙元素的鈦及鈦合金可以在-253℃的低溫下使用.
在壓力容器中,低溫脆斷卻是有很大的危害。為了避免這種失效模式,規(guī)范規(guī)定了很多種有益的方法,比如使用正確的材料,沖擊試驗(yàn),熱處理等。
在GB/T 150.4-2011規(guī)范中,為了避免低溫脆斷,對(duì)水壓試驗(yàn)溫度也有著嚴(yán)格的規(guī)定。

Q345R,Q375R,07MnMoVR的水壓試驗(yàn)液體溫度不得低于5°C,其余不低于15°。

在ASME中,對(duì)水壓試驗(yàn)液體溫度為MDMT+17°C,且不超過(guò)48°C,以減小脆性破壞的危險(xiǎn)。

應(yīng)注意有一些鋼材的MDMT比較高,加上17°會(huì)高于室溫,此時(shí)仍用室溫水來(lái)做水壓試驗(yàn)可能會(huì)脆性破壞。
案例:
下圖中設(shè)備壁厚比較厚,所以MDMT會(huì)比較高,在低溫水的試驗(yàn)下,設(shè)備發(fā)生了低溫脆斷。

斷口無(wú)明顯塑性變形,呈脆性的平斷口(正斷),斷口形貌是光亮的結(jié)晶狀。典型的低溫脆斷。

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