国产P92钢的蠕变裂纹扩展行为研究

对国产P92钢开展了600℃蠕变试验,得到了蠕变变形曲线、蠕变指数和蠕变延性等,再在600℃进行蠕变裂纹扩展行为试验研究,得到了蠕变裂纹萌生时间和蠕变裂纹扩展速率与蠕变断裂力学参量C^(*)的关系,将国产P92钢的性能与BS 7910数据进行比较,评估NSW模型的预测效果,计算得到材料的蠕变断裂韧性。结果表明,蠕变裂纹萌生时间和蠕变裂纹扩展速率与蠕变断裂力学参量C^(*)之间有较好的双对数线性相关性。国产P92钢的蠕变裂纹扩展性能优于BS 7910中9%Cr钢的平均性能,NSW模型的平面应力预测结果与试验数据接近,材料的蠕变断裂韧性随着服役时间的增大逐渐降低。该研究结果可以用于评估长期服役高温结构的安全性。

紧凑拉伸试样厚度对25Cr2NiMo1V钢高温蠕变裂纹扩展速率的影响

研究了紧凑拉伸(CT)试样厚度对25Cr2NiMo1V钢在566℃时,蠕变裂纹扩展(CCG)速率的影响规律及其机理。结果表明:试样厚度对CCG速率的影响与载荷水平(C*)相关;在低载荷水平区,随试样厚度的增加,面外拘束水平增大,试样趋向于以沿晶蠕变脆性方式断裂,CCG速率增大;在高载荷水平区,不同厚度的试样均以沿晶和穿晶的混合方式发生蠕变延性断裂,CCG速率基本不受试样厚度的影响;CCG速率与载荷水平在双对数坐标中并非呈单一的线性关系,而是由不同斜率的两段直线构成,低载荷水平区的直线斜率低于高载荷水平区的,如果用高载荷水平区的CCG速率数据外推得到低载荷水平区的CCG速率,将得到非保守的结果。

显微组织对P92钢蒸汽管道焊缝区蠕变裂纹扩展速率的影响

采用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜对1000 MW超超临界发电机组P92钢再热蒸汽管道焊缝区的显微组织及其对蠕变裂纹扩展速率的影响进行了深入的研究。结果表明,试验用P92钢蒸汽管道焊缝区为回火马氏体组织,其组织极不均匀,主要表现在马氏体的回复程度相差较大。马氏体回复程度越低,板条形态保持得越好,板条越细密,蠕变裂纹扩展速率就越小。在焊缝区,原奥氏体晶界、马氏体板条界及亚晶界上主要分布有两种析出相,即富含钨、钼的Laves相和富含铬的M_(23)C_6型碳化物;而在焊缝区晶体内部除有上述两种析出相外,还有富含钒、铌的MX型碳化物,且Laves相总伴生在M_(23)C_6型碳化物处。

两种组织的Ren80高温合金的蠕变裂纹扩展行为

研究了定向凝固和普通铸造的Ren80合金在1123K静载荷下的蠕变裂纹扩展行为结果表明,Ren80合金蠕变裂纹扩展速率,可用应力强度因子较好地关联定向凝固合金蠕变裂纹与扩展速率较低。

HK40炉管焊缝抗蠕变裂纹扩展能力的试验

在全面分析已服役１０ａ的ＨＫ４０炉管损伤状况的基础上，研究了ＨＫ４０炉管母材和焊接接头的蠕变裂纹扩展速率，评价了这两种不同部位抗蠕变裂纹扩展的能力。结果表明：在长期正常的运行中，特别是服役后期，下部炉管焊缝中的蠕变裂纹扩展较母材快，微观组织损伤和焊缝中的应力集中是致使焊缝蠕变裂纹扩展较快的两个重要因素。

不同拘束条件下P92钢高温蠕变裂纹扩展速率的有限元模拟

基于蠕变损伤力学,仿真了蠕变裂纹扩展过程。用ABAQUS软件模拟研究了试样几何形状和宽度不同的两种面内拘束条件对P92钢在650℃时蠕变裂纹扩展(CCG)速率的影响,并进行了试验验证。仿真结果表明:试样几何形状和宽度对CCG速率的影响与载荷水平(C*)有关;在低载荷水平区内,C(T)试样的拘束水平大于SEN(T)试样,并且对应的CCG速率较大;在中载荷水平区,随着试样宽度的增大,裂纹尖端拘束和CCG速率增大;在高载荷水平区,CCG速率基本不受面内拘束(试样几何形状、宽度)条件的影响;在条件相同的情况下,试样宽度拘束水平大于试样几何形状。试验结果表明,试验与有限元分析(FEA)的蠕变裂纹扩展结果相符合。

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。

FGH95粉末高温合金蠕变裂纹扩展有限元数值模拟研究

对FGH95粉末高温合金标准CT试样在700℃下的蠕变裂纹扩展过程进行了有限元数值模拟研究。FGH95合金假设为弹性-蠕变体,蠕变变形采用Norton模型描述。蠕变裂纹扩展模拟时考虑了两种裂纹扩展速率,分别为3.25×10-2mm/h(快速裂纹扩展)和6.5×10-4mm/h(慢速裂纹扩展)。数值模拟结果表明:FGH95合金在700℃下发生蠕变裂纹扩展时,弹性变形引起的标准CT试样加载线位移Ve在总位移中起主导作用,蠕变变形引起的加载线位移Vc很小,加载线位移率比值■c/■远小于1,蠕变变形被限制在临近裂纹扩展路径的细长条带状区域内,裂纹尖端没有发生大范围蠕变变形。上述结果说明FGH95合金在700℃下为蠕变脆性材料,应力强度因子可作为FGH95合金高温疲劳裂纹扩展的有效驱动力参数。

PE100管及其热熔接头的蠕变裂纹扩展行为

聚乙烯(PE)管性能优异,广泛应用于城市水及燃气供应系统。PE管的主要破坏形式是长期静压载荷下的慢速裂纹扩展失效。在蠕变条件下,采用光滑试样和裂纹圆棒试样对PE100管及其热熔接头进行了测试,得到了基于蠕变断裂参数C*的蠕变裂纹扩展动力学关系式。利用扫描电子显微镜(SEM)分析了裂纹圆棒试样的断面形貌,对比分析结果发现,蠕变裂纹扩展失效模式对应的最大应力为15.05 MPa,热熔接头熔合面分布有约11个/mm^2、直径范围为1~5μm的微气孔,热熔接头断裂微纤平均长度比母材约小20%~45%。当热熔对接时,熔合面存在的微气孔以及系带分子的浅渗透是导致PE100热熔接头蠕变裂纹扩展抗力降低的主要原因。

高温蠕变裂纹扩展参量Q^＊（t）及其应用

针对C*参数的不足,本研究修正Q*并得到了一个新的蠕变裂纹扩展速率(CCGR)控制参数Q*(t)。该参数综合了温度、应力场、激活能等影响因素,很好地表征了在不同应力或温度条件下蠕变裂纹扩展的特性。该参数能完整关联整个蠕变裂纹扩展的不同阶段,并从材料蠕变断裂的机制上反映了蠕变裂纹扩展的本质。

多耦合拘束效应对P92钢蠕变裂纹扩展行为的影响

基于断裂力学理论,针对不同面内拘束效应下P92钢高温蠕变裂纹扩展(Creep crack growth,CCG)进行了数据模拟与分析。研究发现不同的拘束效应对CCG行为有着各异的影响,主要分析了试样几何形状、尺寸以及初始裂纹深度等对CCG行为的影响,并且着重研究比较这3种耦合拘束效应对CCG行为的影响程度。基于多种耦合拘束对CCG行为的影响程度做了横向比较,研究发现:试样几何形状对CCG行为的影响程度要大于几何尺寸,试样尺寸和初始裂纹深度对CCG行为的影响程度相似,试样形状比初始裂纹深度的影响程度更大。

侧槽对9Cr1Mo钢蠕变裂纹扩展行为的影响

基于多轴应力状态下的蠕变损伤模型,利用CT试样对9Cr1Mo钢侧槽引起的蠕变裂纹扩展拘束行为进行有限元分析。结果显示:裂纹起裂于靠近侧槽的初始裂纹前端;相同的初始应力强度因子下,受应力三轴度的影响,侧槽会导致裂纹扩展速率减小,且应力分布不均,应力集中较为严重;在0.5~1.0mm范围内,随着侧槽深度的增加,蠕变裂纹扩展速率先增大后减小;在40~80°范围内,随着侧槽角度的增加,蠕变裂纹扩展速率逐渐增大。

一种Ni—Cr奥氏体钢蠕变裂纹扩展抗力的研究

本文通过对石油化工厂中常用于制造转化炉管的奥氏体耐热钢 HK40和 HP40合金,在1144K 温变下进行恒载蠕变裂纹扩展试验,发现蠕变裂纹扩展性能与 Ni元素的含量关系很大。为此,本文着重探讨了 Ni 对蠕变裂纹扩展抗力的影响。结果表明,Ni 量增加,蠕变裂纹扩展抗力增强,即 HP40合金的蠕变裂纹扩展性能好于HK40。

残余应力与拘束对GH4169合金疲劳及蠕变-疲劳裂纹扩展速率影响研究

为深入理解残余应力与拘束在疲劳载荷下的交互作用,以镍基高温合金GH4169为研究对象,选用紧凑拉伸(CT)试样,对不同拘束CT试样的上方施加不同大小的预加载荷从而在裂尖产生不同应力。将该应力作为残余应力,系统研究残余应力和拘束交互作用下GH4169合金的疲劳和蠕变–疲劳裂纹扩展速率。结果表明:随着裂尖残余压应力的增加,不同拘束下GH4169合金的疲劳和蠕变–疲劳裂纹扩展速率均降低。与低拘束试样相比,高拘束试样的疲劳和蠕变–疲劳裂纹扩展速率对残余应力的变化更加敏感,这主要与裂尖Mises应力和垂直于裂纹扩展方向的正应力有关。与疲劳裂纹扩展速率相比,蠕变-疲劳裂纹扩展速率对残余应力的变化更加敏感。

蠕变裂纹启裂和扩展的局部损伤理论

根据局部损伤理论和相似原理 ,给出了蠕变裂纹启裂前的孕育上下限时间并推导了蠕变裂纹扩展率方程。在常载荷下用 2 .2 5 Cr- 1Mo钢作了蠕变裂纹扩展试验 ,高拘束度使早期局部损伤发展迅速 ,实验结果与孕育时间下限接近。稳态预测值由于忽略未开裂部分材质劣化而略低于实验结果值。有限元模拟损伤演变过程 。

用增量的路径无关积分率研究蠕变裂纹的扩展

主要研究了增量路径无关积分参数在蠕变裂纹非稳定扩展阶段的推广应用，在确定积分参数与裂纹扩展速率有线性关系的同时，对三轴应力度、塑性应变和蠕变应变等裂尖参数在裂纹扩展过程中的变化作了比较和说明。

蠕变局部损伤理论在裂纹扩展研究中的应用

根据局部损伤理论和相似原理 ,给出了蠕变裂纹启裂前的孕育上下限时间并推导了蠕变裂纹扩展率方程。在常载荷下用 2 .2 5Cr 1Mo钢作了蠕变裂纹扩展试验 ,高拘束度使早期局部损失发展迅速 ,试验结果与孕育时间下限接近。

含双边轴向裂纹N18锆合金薄壁管的蠕变裂纹扩展行为研究

通过对含双边轴向裂纹管(DEAT)试样及其加载装置进行设计,基于能量等效和载荷分离原理获得了DEAT试样的能量率回路积分(C^*积分)表达式,从而建立了含轴向裂纹薄壁管的蠕变裂纹扩展速率测试方法。基于此方法,采用DEAT试样完成了N18锆合金薄壁管在350℃不同载荷水平下的蠕变裂纹扩展试验。结果表明,蠕变载荷会显著影响N18锆合金的蠕变裂纹扩展速率;蠕变裂纹扩展可分为稳态扩展和快速扩展2个阶段;蠕变裂纹扩展速率(da/dt)与C^*积分存在良好的幂律关系,可用于预测N18锆合金管蠕变裂纹扩展行为。

高强度铝合金裂纹蠕变扩展原位观察

实验中发现一种高强铝合金产生裂纹蠕变扩展现象.为了深入、系统地研究这个问题,在扫描电子显微镜下原位观察其裂纹蠕变扩展过程.研究结果表明:室温低应力条件下,该合金裂纹蠕变扩展与一般金属材料的蠕变规律相似.作为表征这种合金裂纹蠕变扩展性能的指标参数,应力场强度因子具有一定的局限性.

蠕变疲劳裂纹扩展对汽轮机转子寿命的影响

依据汽轮机转子安全性评价准则和蠕变疲劳裂纹扩展引起寿命损耗的计算模型,实际计算了含缺陷的超临界汽轮机转子的蠕变疲劳裂纹扩展寿命损耗,分析了缺陷当量和工作应力对转子寿命损耗的影响大小,对汽轮机转子寿命评估工作方面有一定的理论指导意义。