GH3535合金的蠕变裂纹扩展性能研究

在650℃下,对GH3535合金的蠕变裂纹扩展行为进行研究,得到了蠕变裂纹起裂时间ti、蠕变裂纹扩展速率da/dt和有效应力强度因子Kn、断裂参量C*的关系曲线,以及蠕变断裂韧性Kmat^c和蠕变裂纹起裂时间ti的关系,并与NSW裂纹扩展模型、Ainsworth蠕变断裂韧性预测结果进行比较,分析GH3535合金的容限能力。结果表明,蠕变裂纹扩展速率适合采用断裂参量C*进行关联,NSW模型平面应力预测结果与试验相近,平面应力预测结果偏于保守。采用Kn更适合关联蠕变裂纹起裂时间ti,在双对数坐标下Kn与ti呈线性关系。蠕变断裂韧性Kmat^c随时间ti增加而降低,Ainsworth估算方法略高于测试结果。从有效应力强度因子和蠕变强度的Ashby图中可以看出,GH3535合金具有较好的容限能力。

GH3535高温合金的蠕变断裂机理和寿命预测

钍基熔盐堆中构件与高温熔融的氟化盐、核燃料及其裂变产物直接接触,这导致材料要同时处于高温、受力、强中子辐照和强熔盐腐蚀等交互作用的多重极端环境中。GH3535合金作为熔盐堆构件的候选材料之一,其力学性能的研究对熔盐堆的设计和安全性评估具有重要意义。以GH3535高温合金为研究对象,开展了650、700、750、800℃不同应力条件下的蠕变试验,采用SEM、EDS、EPMA等表征方法分析了合金微观组织与蠕变断裂机理。结果表明,GH3535合金在650℃时,其断裂方式为沿晶断裂,随着温度的升高,该合金的断裂方式由沿晶断裂转变为韧性断裂。GH3535合金一次析出相富含Mo、Si和C元素,其既存在于晶界又存在于晶内,蠕变过程中有二次析出相在晶界处析出。蠕变裂纹起源于晶界交汇处,裂纹处存在C元素富集。利用蠕变试验数据,建立了GH3535合金的Norton蠕变模型,获得了同一温度下的蠕变速率与应力关系式,得到了GH3535合金的蠕变极限。在此基础上,建立了基于时间温度参数法的Larson-Miller(LM)模型和基于蠕变曲线的修正θ参数模型。相比于LM模型,修正θ参数法可以充分利用蠕变曲线信息,具有更高的预测精度和更好的实用价值。

喷丸处理对GH3535合金900℃恒温氧化行为的影响

采用不连续增重法,对喷丸状态与非喷丸状态GH3535合金900℃恒温氧化行为进行了对比研究。结果表明,900℃下,喷丸强度0.45 N·mm样品与未喷丸样品相比,氧化增重降低了79.7%。未喷丸GH3535合金表面氧化产物为NiCr2O4、MoO2、NiMoO4,喷丸状态下氧化膜主要由NiO、NiFe2O4、Cr2O3和NiCr2O4组成。喷丸处理后GH3535合金表面产生塑性变形使晶粒细化,位错密度增加,在合金表层塑性变形区域的位错及晶界充当了Cr原子的快速扩散路径,增加了Cr原子扩散通量,促进Cr向表面扩散形成富Cr氧化物,使得Cr2O3层更快形成,缩短了瞬态氧化期。