宽幅温度和应力范围下蠕墨铸铁的蠕变试验及本构模型对比研究

随着发动机功率密度的增加,气缸盖在运行过程中所承受的温度和应力也增加,因此蠕变损伤预测需要考虑准确的蠕变本构模型和参数。针对蠕墨铸铁(Compacted Graphite cast Iron,CGI)气缸盖大范围的温度和应力工作条件,开展温度450~550℃、试验应力100~300 MPa条件下的CGI蠕变试验,进行表征宽幅温度和应力下CGI最小蠕变速率的蠕变本构模型对比研究。研究表明:与较小的温度和应力范围相比,在宽幅条件下CGI更容易发生蠕变损伤,且温度相比应力更能促使CGI发生蠕变变形;分别基于Norton⁃Bailey幂律模型、Garofalo双曲正弦模型和变形机制的真应力(Deformation Mechanism⁃based True Stress,DMTS)模型,结合多目标优化方法,构建了CGI蠕变本构模型。其中,基于DMTS模型的CGI蠕变模型有73%的预测值在两倍误差范围内,吻合效果在三种模型中为最佳。

基于多目标粒子群算法的A356铝合金蠕变本构模型的构建

在150,250,300℃温度和20~150 MPa应力下,对A356铝合金进行单向拉伸蠕变试验,研究了其蠕变特性;采用多目标粒子群算法得到Norton-Bailey幂律模型、Garofalo双曲正弦模型和基于变形机制的真应力蠕变模型的参数,并采用这3种模型对A356铝合金的最小蠕变速率-应力曲线进行预测,分析3种模型的预测精度。结果表明:A356铝合金的最小蠕变速率与试验温度和应力成正相关,但温度对最小蠕变速率的影响程度大于应力;基于变形机制的真应力蠕变模型具有最高的预测精度,对最小蠕变速率的预测结果中90%数据点均位于2倍误差带内。结合多目标粒子群算法得到的基于变形机制的真应力蠕变模型可以用来准确模拟宽幅温度和应力范围下A356铝合金的蠕变特性。

DZ411定向凝固镍基合金蠕变性能的快速评估方法

研究了预应变(0.5%,1.0%,1.5%,2.0%,2.5%)、加载应变速率(4.0×10^(-5),1.2×10^(-4),4.0×10^(-4)s^(-1))和连续温度应力松弛试验的初始温度(750,900℃)对DZ411定向凝固镍基合金应力松弛行为的影响;基于加工硬化和回复软化动态平衡的稳态变形,假设稳态松弛应变速率与传统蠕变持久试验的最小蠕变速率随应力的变化规律一致,通过短时应力松弛试验对最小蠕变速率进行预测,并进行验证。结果表明:试验合金在加工硬化和回复软化动态平衡时开始松弛,当预应变不低于1.0%时能快速达到稳态松弛;初始温度对稳态松弛行为的影响较小;加载应变速率会影响起始松弛应变速率,但对稳态松弛应变速率随应力变化的影响较小;通过稳态松弛应变速率主曲线可以预测不同温度、应力下的最小蠕变速率,蠕变持久试验结果均落在稳态松弛应变速率主曲线的99%可靠度曲线内。

ASME规范316H不锈钢高温蠕变本构方程解析与讨论

ASME 2021版规范提供了316H不锈钢的高温蠕变本构方程。基于正确使用本构方程进行高温设备应变和蠕变损伤评价的目的,本文解析了其各项的物理意义,分析了其关键参数对温度和应力的敏感性,对比了其预测值与ASME规范等时应力应变曲线数据。结果表明:该本构方程由快速瞬态、瞬态和稳态蠕变项来描述蠕变第一、第二阶段,其适用性受蠕变第三阶段起始时间和应力范围的限制,同时方程中快速瞬态蠕变速率常数存在勘误;方程在1 000℉(华氏温度)下所得应变较规范等时应力应变曲线更大,致使应变预测结果相对保守。因此,在满足ASME规范316H不锈钢高温蠕变本构方程适用性的前提下,可采用其评价高温设备在950、1 050、1 150℉下的结构完整性,而1 000℉下的相对保守。

TiAl基铸造合金的蠕变行为研究

研究了名义成分为Ti-46Al-2Cr-2Nb-0.15B合金在700～850℃,140～300MPa的蠕变条件下的蠕变性能和蠕变机制。研究表明,在蠕变过程中随着温度和载荷的增加,合金的最小蠕变速率随之增大;TiAl基合金在700～850℃,140～300MPa下的最小蠕变速率可用蠕变方程εmin=A(σ)4.7exp(-280/RT)来描述;在该蠕变条件下的蠕变行为主要受位错攀移控制。

保持时间对409铁素体不锈钢循环蠕变行为的影响

为了确定保持时间对超纯409铁素体不锈钢循环蠕变行为的影响,通过在应力控制模式下最大外加应力处引入10和30 min的保持时间,对其在650℃下的循环蠕变行为进行了研究.结果表明,与静态蠕变相比保持时间的引入使409不锈钢发生了循环蠕变减速行为,而循环蠕变减速行为可以归因于滞弹性应变.随着保持时间的缩短,最小蠕变速率降低,循环蠕变断裂寿命提高.静态蠕变及循环蠕变后,409不锈钢中有细小的第二相析出,且微观组织以亚晶及四边形和六边形位错网络为主.409不锈钢静态与循环蠕变断裂方式均为穿晶韧性断裂.

Sn对AX55铸造合金组织与蠕变性能的影响

为了提高Mg-5Al-5Ca(AX55)铸造镁合金基体组织和共晶组织的耐热性能,以Sn为变量设计了AX55-x Sn(x=0,0.5,1.0,1.5)合金,研究了T61和T62对合金组织、硬度与蠕变性能的影响.结果表明,随着Sn含量的增加,合金基体中析出的Al 2Ca相增多,使得α-Mg基体得到强化.在共晶骨架相附近析出的CaMgSn相可使共晶组织得到强化.在175℃/70 MPa蠕变100 h条件下,AX55-x Sn合金的最小蠕变速率和蠕变总量随Sn含量的提高而降低.AX55-1.5Sn合金性能最佳,且其最小蠕变速率为5.21×10^-8 s^-1,100 h总蠕变量为0.065%.相比T61,T62能够提高AX55-x Sn合金的基体硬度和蠕变性能.

双态高铌TiAl合金的蠕变行为

研究了Ti-45Al-9(Nb,W,B,Y)两相合金分别在760℃和815℃时,应力值在80MPa^300MPa区间的蠕变行为。蠕变前合金的显微组织为均匀细小的双态组织。将研究结果与高铌TiAl合金全片层组织的蠕变性能进行了对比,发现所研究的双态组织合金具有相对较弱的蠕变抗力,其最小蠕变速率较全片层组织Ti46Al8.5Nb0.1C0.2B合金的要高1个数量级。蠕变应力指数表明,该合金在760℃~815℃,80MPa^300MPa的蠕变条件下,合金的蠕变受位错攀移控制。

PLA/HA复合材料蠕变行为研究

研究在温度为36℃、应力为15-25 MPa范围内,羟基磷灰石（HA）质量分数分别为0%、3%、5%、15%的聚乳酸/羟基磷灰石（PLA/HA）复合材料的蠕变性能。研究表明：在蠕变过程中,相同应力时,随着HA质量分数的增加,蠕变寿命和蠕变应变逐渐变短;在相同的HA质量分数时,随着应力的增大,蠕变寿命逐渐变短,最小蠕变速率逐渐增大;随着HA质量分数的增加,复合材料最小蠕变速率的增长程度逐渐降低,并在HA含量为5%时达到最佳。

磷对镍铁基合金蠕变性能的影响

本文研究了在333MPa应力下在973K温度下磷含量为8-450ppm的镍基超合金的蠕变性能。在蠕变测试前。通过热处理，在含磷合金中产生了很多富集Nb、P的析出物。P含量为130ppm的舍金具有最大的晶界析出物覆盖率p=0．56。断裂寿命和最小蠕变速率与P值相关。P含量为130ppm的合金与P含量为8ppm、p=0的合金相比，破裂寿命延长30倍，最小蠕变速率下降两个数量级。晶界析出物明显推迟了蠕变加速段的起点，因此延长了断裂寿命。这些结果表明．P值的优化是改善合金蠕变性能的关键。

P92钢正火均温性控制

正火工艺对P92钢的性能影响较大,某台热处理炉对P92钢进行处理常出现金相不合格问题,对此,本文对该热处理炉的有效加热区进行了检定,同时通过控温精确的小加热炉模拟工业热处理炉低温加热区,并采用光学显微镜、扫描电子显微镜及透射电子显微镜对2种热处理后的P92钢试样进行组织观察。结果表明:正火过程中炉膛内温度存在偏差和炉膛底部温度明显偏低是造成P92钢金相不合格的主要原因;970℃正火与1 070℃正火后的P92钢性能基本无差异,金相组织均为细小的板条马氏体,属于合格金相组织;随着正火温度升高,微观组织的马氏体板条的宽度逐渐增加,强化相析出明显,持久强度提高,最小蠕变速率下降。

磷对镍-铁基超级合金蠕变性能的影响

在温度为973K压力为333MPa的条件下对磷（P）的质量百分比从8至450ppm的镍-铁基超级合金样品的蠕变性能进行了研究。在蠕变试验之前的一定的热处理条件下可以在含磷合金的晶界处观察到很多富铌和磷的析出物。磷含量为130ppm的合金的晶界处析出物所占据的晶界面积比例（标记为p）最大，其值达到了0．56。断裂用时及最小蠕变速率与p值有很好的对应关系。与p=0的磷含量为8ppm的合金相比，磷含量为130ppm的合金的破裂寿命最多可以提高30倍而最小的蠕变速率的减少量则超过了两个数量级。晶界析出物显著推迟了加速段的启动从而延长了破裂寿命。这些结果明显地表明p值的优化是提高该合金蠕变性能的关键因素。