基于小试样的定向凝固镍基合金蠕变性能评估方法

在热处理态定向凝固镍基合金棒材上制取工字型非标准小试样和棒状蠕变标准试样,并进行了不同温度(800,850,900,980℃)下的应力松弛试验和不同应力(标准试样为250,350,450 MPa,小试样为250,350,400,450 MPa)下的蠕变持久试验,研究了标准试样和小试样的松弛蠕变和持久蠕变行为,建立了小试样松弛蠕变速率与标准试样持久寿命的关系。结果表明:小试样和标准试样的持久蠕变曲线均单调递增直至试样断裂,持久蠕变速率曲线均均呈“U”字型,两者的最小持久蠕变速率接近;小试样和标准试样的高温松弛蠕变曲线均单调递减,温度归一化后两者松弛蠕变速率分布在一条线上;持久蠕变和应力松弛试验后标准试样和小试样中γ′相均沿垂直于应力方向聚集粗化,属于N型筏化;标准试样持久寿命与小试样松弛蠕变速率存在线性关系,利用小试样松弛蠕变速率预测的持久寿命和标准试样实际持久寿命接近。

应力状态对三点弯曲小试样蠕变性能评价的影响

针对大部分小试样技术没有规范化的标准,试样在尺寸上的变化往往会引起所受应力状态的变化,进而影响蠕变参数反演的准确性的问题,采用有限元法,基于三点弯小试样梁弯曲本构模型和Norton蠕变方程,分析试样在不同横截面宽厚比下的应力状态,及其对三点弯小试样蠕变性能的影响。研究结果表明,当横截面宽厚比b:2h<1:2时,试样趋向于平面应力状态;当b:2h>2:1时,试样趋向于平面应变状态;当1:2≤b:2h≤2:1时,试样介于两种应力状态之间。对于加载点稳态位移速率、蠕变应力、转换系数、蠕变参数反演结果,平面应力状态的影响明显大于平面应变状态;与单轴蠕变试验数据的对比结果表明,将试样横截面宽厚比控制在1:1≤b:2h≤2:1范围之内,能够提高蠕变参数反演结果的准确性。研究结果为三点弯小试样试验方法的合理应用提供依据。

工程竹产品小试样力学性能试验方法国际标准发布

2023年12月12日,国际标准化组织(ISO)发布一项新的工程竹材国际标准,ISO5257:2023《竹结构—工程竹产品小试样力学性能试验方法》。该标准由国际竹藤组织(INBAR)作为申请人,南京林业大学黄东升教授为项目负责人,并由南京林业大学刘燕燕助理研究员、沈玉蓉博士后,以及东南大学黄子睿助理研究员共同起草。该标准是国际合作的一项显著成果,在标准制定过程中,来自国际竹藤组织以及美国、英国、加拿大、荷兰、菲律宾、澳大利亚等多个国家的代表积极参与多轮线上讨论,并广泛征求技术委员会成员意见。

基于小试样的304不锈钢薄板单向拉伸试验研究

从在役结构和设备上割取标准尺寸单向拉伸试样检测材料性能对结构的破坏性较大,发展和研究小型试样十分必要。以304不锈钢为试验材料,应用相似性原理在标准大尺寸试样基础上设计了单向拉伸小尺寸试样,一方面对不同厚度且沿轧制方向不同取向的304不锈钢薄板小试样在室温下进行单向拉伸试验,获得了各条件下材料性能参数,并对性能差异现象进行分析;另一方面采用有限元模拟方法对单向拉伸试验过程进行模拟,对小试样和标准试样模拟结果进行比较,两者的拉伸曲线走向相似、力学性能基本相等,为采用小试样技术对容器设备等进行性能检测提供了可能。

不同小试样测量蠕变性能的比较研究

小试样蠕变试验技术,在服役构件力学性能测试中得到了广泛的发展与应用。目前已有小尺寸单轴试验、小冲杆试验、剪切冲压试验、压痕试验、三点弯试验、悬臂梁试验、固支直杆弯曲试验、圆环试验和双杆试样等方法。基于上述小试样方法,重点从试样尺寸、应力状态、关联式类型、蠕变性能、变形测量和影响因素等方面,全面地综述不同小试样测量材料蠕变性能的方法和结果的异同。通过对比发现,不同类型试样所得蠕变曲线差异较大。小冲杆试样的数据转换过程较为复杂,试验过程中影响因素较多。悬臂梁试样和圆环试样的等效标距较大,变形测量误差小。三点弯、悬臂梁和圆环试样,蠕变试验过程中存在大变形效应,可采用临界载荷法预先控制试验载荷范围。固支直杆弯曲试样方法对摩擦的敏感性较低,可获得较为准确的断裂数据。所得结论为选择合适的小试样方法测试材料的蠕变性能提供理论指导和依据。

用于断裂韧度测试的C形环小试样的规则化方法与应用

伴随结构精细化、小型化的发展,薄板、薄壁管件等小尺寸构件得到应用,试样小型化对满足特殊取样要求和材料断裂韧度测试需求有重要工程意义,而基于非标小试样的材料断裂性能测试方法尚难满足需求。设计用于延性材料断裂韧度测试的C形环小试样,提出应用该类小尺寸试样获取材料延性断裂韧度的、基于量纲一载荷分离理论的规则化测试方法。分别采用C形环小试样和传统紧凑拉伸型(Compact tension,CT)大试样完成转子材料26Ni Cr Mo V11-5钢和压力容器材料A508-Ⅲ钢的J阻力曲线试验,讨论C形环小试样厚度、初始裂纹长度对试验结果的影响。结果表明,试样厚度和初始裂纹长度对C形环的J阻力曲线测试结果影响有限,但C形环试样裂尖具有更高的约束水平,由C形环试样得到的J阻力曲线明显低于CT试样的结果。

Zr-4合金小试样高温疲劳行为研究

基于Zr-4合金漏斗薄片小试样,完成了室温和400℃高温下的等幅横向应变循环与应变疲劳试验。根据弹塑性有限元分析,建立了基于局部应变等效的应变换算方法,并结合实验结果,得到了估算Zr-4合金应变疲劳寿命的Manson-Coffin模型。结果表明:低应变幅下,Zr-4合金表现出循环软化特征;高应变幅下,Zr-4合金表现出循环强化特征。高温严重降低了低应变幅下Zr-4合金的疲劳寿命,随着应变幅增加,温度影响趋弱。分析表明,基于传统应变转换公式的M-C模型用于估算疲劳寿命偏于保守。

COEC微小试样用于延性断裂行为评定的规则化法研究

在材料断裂行为评定中,试样小型化不仅具有取样方便和节约成本的优点,而且对满足特殊取样要求的断裂韧度测试有重要工程意义。采用含外侧边裂纹C形压缩(C-shaped outside edge-notched compression,COEC)小试样,基于量纲一载荷分离理论发展了其用于获取延性材料的断裂韧度的规则化测试方法。采用A508-III压力容器钢完成了不同规格COEC、紧凑拉伸(Compact tension,CT)和单边裂纹弯曲(Single edged-notched bending,SEB)试样的J阻力曲线试验。结果表明,相比试样厚度,初始裂纹长度对COEC试样的J阻力曲线测试结果影响更大。同时,由于COEC试样具有更高的裂尖约束水平,其J阻力曲线明显低于标准CT、SEB试样的结果。

小试样插销试验机的开发及在评定锅炉管件再热裂纹倾向中的运用

针对近年来出现的再热裂纹引起的电站锅炉小管泄露事故,开发了小试样插销试验机,用于对电站锅炉薄壁管件取样进行插销试验,以评定其冷裂纹再热裂纹倾向。利用开发的试验机对某电厂再热器联箱管接头进行了再热裂纹试验,结果表明部分管接头的再热裂纹敏感温度处于其工作温度内,这造成其在使用过程中发生泄露事故。

三点弯小试样测试材料蠕变性能的方法

描述了三点弯小试样测试材料蠕变性能的方法,建立了三点弯同传统蠕变试验的解析关联式。模拟了23CrMoNiWV88材料在540℃时三点弯小试样的试验过程,分析了试样中心位移、应力、应变随时间的变化规律,验证了采用该方法获取材料蠕变性能的可行性,并在数值模拟的基础上建立了三点弯蠕变试验同传统单轴蠕变试验的转换式,求取了材料的蠕变性能参数,结果表明模拟值与理论值吻合较好。基于数值模拟结果,修正了两者的解析关联式,并分析了进一步开展试验研究的必要性。

小试样的疲劳试验及其夹具设计

实际测试工作中常有因取样条件限制而不能取到标准尺寸试样的情况,此时需要设计非标小尺寸试样来进行材料性能测定。结合用小试样在PLG-100C高频疲劳试验机上测试得到的S-N曲线讨论了试验中的两个问题。结果表明:在PLG-100C高频疲劳试验机上可进行不按GB/T 3075-1982标准限定的小截面尺寸试样的有效试验;设计的过渡夹具可满足小试样在PLG-100C高频疲劳试验机上的试验要求。

直读原子发射光谱综合小试样程序分析可靠性研究

以黑色金属为例,对直读原子发射光谱小试样程序构成、用途、分析准确性和精密度作了剖析、比对和研究。肯定了通用优势,发现了存在问题,提出了改进措施。构思强调了炉后小试样程序设计的"组概念"、对未知钢种如何从通用程序进入分程序分析所具智能快捷特点作了表述。对制造商需重点设计炉后固态样原子发射光谱软件现状发表了建设性见解。

基于三点弯小试样测量蠕变参数的理论分析

通过三点弯小试样试验,推导出Norton方程蠕变参数的理论公式,实现了与传统单轴拉伸蠕变试验结果之间的转换。在此基础上建立了1Cr0.5Mo耐热钢小试样的三点弯有限元模型,分析了在550℃、恒载荷条件下的试样中心挠度、应力随时间的变化规律,得到蠕变参数,验证了三点弯试验获得材料蠕变性能的可行性,并模拟分析了影响结果的各种因素,发现结果对小试样的尺寸偏差相当敏感,制备试样的过程中要特别注意尺寸精度。

小试样高通量蠕变及蠕变裂纹扩展试验装置设计

对于某些取样受限的结构,如在役构件、薄壁件、焊接接头、功能性梯度结构,无法采用传统试样测试获得高温蠕变及裂纹扩展性能,小试样测试方法使得此类构件的高温力学性能的获取成为可能。但现有小试样蠕变试验装置用途单一且存在试样氧化的问题,无法满足试验要求。本文设计一种基于小试样的材料蠕变及蠕变裂纹扩展性能测试装置,装置配备专用夹具和真空系统,可满足不同种类小试样真空环境下的高温试验,避免试样氧化,并可同时完成6个同类或不同类型小试样的蠕变和蠕变裂纹扩展试验。装置采用马弗炉对试样加热,最高试验温度可达1200℃。采用光栅位移传感器测量小试样变形量,直流电位法测量裂纹长度,提高了变形测量精度。试验结果表明,该装置可以精确测量小试样位移和裂纹长度,用以研究材料蠕变及裂纹扩展性能。

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。

表面粗糙度对悬臂梁小试样蠕变性能评价的影响研究

小试样试验方法在材料蠕变性能评估中具有节省材料、快捷等优点。但在小试样蠕变试验过程中,加载压头与试样接触产生的摩擦会对试验结果产生影响。悬臂梁小试样因载荷点位置偏置,压头与试样之间容易发生相对滑移,进而受到接触摩擦的影响,目前尚未有相关试验研究表面粗糙度对悬臂梁小试样蠕变性能评价的影响。通过选取不同表面粗糙度的悬臂梁小试样进行蠕变试验,并根据Kachanov-Rabotnov损伤本构方程建立有限元模型,用接触摩擦系数表征试样表面粗糙度进行有限元模拟验证,分析了不同表面粗糙度对悬臂梁小试样蠕变变形曲线、稳态蠕变速率和蠕变参数反演的影响。结果表明,模拟结果与试验结果趋势相同,接触摩擦系数与表面粗糙度变化对蠕变试验结果的影响基本一致;试样表面粗糙度增加,蠕变变形量和稳态蠕变速率减小,且在一定范围内,载荷越大,减小趋势越显著;试样表面粗糙度的改变会对蠕变参数反演产生影响。

X70管道环焊缝强度的小试样测试技术

采用小拉伸试样分层试验的方法测试了X70管道环焊缝的力学性能,从小试样的试验结果中不仅可以得到对接环焊缝的抗拉强度,还可以得到环焊缝不同区域的抗拉强度分布。结果表明:该对接环焊缝的屈服强度低于母材的屈服强度约20%,且环焊缝内部不同层的屈服强度也有较大差别。

直读光谱仪夹具法测定小试样的元素含量

本文提出用直读光谱仪夹具法测定小试样（如小圆钢、钢线等）的杂质元素含量。该方法简便、快速、准确。

第四届小试样测试国际学术会议通知

第四届小（微）试样测试材料力学性能国际学术会议（SSTT）将于2016年10月12-14日在上海华东理工大学召开。SSTT隶属于国际钢铁学会,于2010年首次举办,第一届、第二届在捷克金属研究院召开,第三届在奥地利召开。微试样测试包括小冲杆测试、压痕测试、各种非标的小尺寸测试（如断裂韧度、冲击和拉伸）主要用于评价在役承压设备的力学性能。