尺寸效应对固支直杆弯曲小试样蠕变性能评价的影响

小试样蠕变技术在设备材料蠕变性能评估中具有潜在优势。固支直杆弯曲小试样蠕变方法因受力简单且能获得断裂数据而备受关注。由于固支直杆小试样相较于传统单轴拉伸试样十分微小,目前缺乏对其试样尺寸的标准化研究,使其工程应用受到很大局限。基于固支直杆小试样梁弯曲本构模型,采用有限元方法,模拟分析了不同试样横截面宽厚比和固定端结构尺寸下固支直杆弯曲小试样蠕变性能情况,进而与单轴试验结果对比得到与传统蠕变试验关联性最好的试样尺寸。研究结果表明,当试样横截面的宽厚比b∶2h在0. 5～2. 0范围内时,蠕变稳态位移速率与理论值误差较小;当固定端过渡段倾斜角在15°～45°之间时,试样不仅可以很好地描述固支直杆弯曲蠕变的力学响应,还能明显降低固定端倒角对蠕变的影响。最后得到两种与传统蠕变试验关联性最好的试样尺寸,分别为横截面宽厚比b∶2h=2∶1、过渡段倾斜角为30°和横截面宽厚比b∶2h=1∶1、过渡段倾斜角45°。

基于固支直杆弯曲小试样的P91/P92钢蠕变性能对比评价研究

长期服役于高温、高压工况的发电系统构件材料强度会逐步劣化,甚至蠕变断裂失效,将直接影响到热电厂的高效生产及设备安全。因此对比分析该系统构件常用材料P91/P92钢的高温力学性能,对该发电系统的材料选型设计及安全生产具有重要意义。基于固支直杆弯曲小试样梁弯曲本构模型,选择合适的试样尺寸,采用有限元方法对比分析了P91/P92材料的蠕变性能及其对温度和载荷的敏感度。研究结果表明,当固支直杆弯曲试样尺寸为b=2h=1.1 mm,l=12 mm时,在相同应力和温度条件下,P92材料稳态蠕变应变速率大幅降低,高温蠕变性能比P91材料更优异。P91材料对载荷更为敏感。温度低于625℃时,P91材料对温度更为敏感;温度高于625℃时,P92材料对温度更为敏感。研究结果为超(超)临界机组用钢的正确经济选材提供了依据。