高温断裂力学的进展

高温断裂力学的研究对于高温构件的设计,使用、安全评定有着重要的意义。本文综述了蠕变裂纹扩展研究的状况。概要介绍了蠕变裂纹扩展速率与一些力学参量(如应力强度因子K,净截面应力бnet C~*等)的关系,和温度、环境、损伤等因素对蠕变裂纹扩展性能的影响。     

GH169合金疲劳与蠕变裂纹萌生及扩展的微观动态物理过程研究

研究了镍基高温合金GH169的疲劳,疲劳蠕变复合作用下裂纹萌生、扩展的微观动态物理过程,结果表明,高温疲劳裂纹在滑移带与晶界相交处萌生,以晶内驻留滑移带处微裂纹连接方式扩展。疲劳蠕变复合作用下裂纹在垂直于应力轴方向的晶界处萌生,以晶界滑动方式扩展。疲劳蠕变复合作用使裂纹扩展方式由切变型转变为止应变型。晶粒大小对疲劳/蠕变复合作用下材料断裂寿命的影响远大于第二相的作用。晶粒越小,其断裂寿命越长。     

考虑初始等距共线微裂纹列影响的Ⅲ型裂纹体的蠕变断裂分析

在工程中,特别是对长期持续荷载作用下带裂纹的构件,裂纹扩展寿命的预测是一个十分的问题,由于混凝土、岩石等材料中存在着大量的初始微裂纹,要研究这一类材料断裂问题就必须研究主裂纹与微裂纹之间的相互作用,依据宏观裂纹－微裂纹相互作用模型和蠕变裂应力强度因子理论,对具有初始等距共线微裂纹列影响的反平面Ⅲ型裂纹体的蠕变断裂问题进行了分析,并给出了混凝土Ⅲ型裂纹体的蠕变断裂应力强度因子与裂纹体初始应力强度因子的关系。     

奥氏体不锈钢高温锅炉管失效分析

采用金相显微镜、扫描电镜以及拉伸、冲击、显微硬度测试等检测手段,对高温临氢环境下开裂的奥氏体不锈钢锅炉管进行失效原因分析。分析结果表明,奥氏体不锈钢高温锅炉管断裂为典型的疲劳一蠕变断裂模式,裂纹形态为穿晶沿晶混合萌生、沿晶扩展。高温不锈钢炉管在运行过程中承受较大的热应力,在锅炉频繁起停过程中应力不断循环变化,导致构件承受疲劳与蠕变交互作用并最终使奥氏体不锈钢锅炉管开裂。     

关于硫酸余热锅炉高温腐蚀断裂的研究

本文较详细地分析了硫酸余热锅炉的特殊工作条件。以“腐蚀—疲劳—蠕变”三者交互作用为基点,对锅炉管受热面烟气侧的高温腐蚀断裂机理进行了研究,着重模拟了其受载情况和工作气氛,对15CrMo过热器管材进行了试验测定和计算分析。然后,将三者交互作用下过热管起裂以至破坏失效过程中的裂纹扩展速率近似地用一线性叠加模型来描述: 试验证明,在600℃下的熔融硫酸盐气氛中,15CrMo的过热器管子不存在应力腐蚀,而腐蚀与蠕变(即式中右边第一项与第三项)交互作用是促使裂纹扩展的主要因素。作者认为,在高温的硫酸余热锅炉中,高温腐蚀是不可忽视的。     

高温构件蠕变试验炉的研制

介绍一种蠕变试验炉，它具有均匀的温度场，较大的炉腔，方便准确的测试系统及多功能加载系统。利用该试验炉可进行管系构件的蠕变试验、平面管系的热应力试验、平面构件的综合变形试验、高温构件裂纹扩展试验等。     

发生疲劳和蠕变交互作用的临界应力强度因子

本文采用交流电位法研究了一种铁基高温合金 GH36在550℃、于不同加载条件下的裂纹扩展速率,并用扫描电镜对其断裂特征进行了分析。发现裂纹扩展规律存在着一个发生疲劳和蠕变交互作用的临界应力强度因子 K_1,当裂纹尖端的应力强度因子大于该值时,降低加载频率(或增加拉保时)将显著加速疲劳裂纹扩展速率。而小于该值时,降低加载频率(或增加拉保时)对疲劳裂纹的扩展速率却几乎没有影响。对产生这种现象的原因进行了初步探讨,在本试验条件下,主要由于疲劳裂纹和“W”型蠕变裂纹的连接而加速了裂纹的扩展。     

2.25Cr-1Mo材料蠕变／疲劳交互作用下寿命评价

采用2.25Cr—1Mo无预裂纹和带预裂纹环状缺口圆柱形试样,进行了多维应力状态下无保持周期应变控制的高温低周疲劳试验,利用有限元程序对试样缺口周围及裂纹尖端附近的应力、应变场进行了分析,分别得到用当量弹性应变范围Δε_e、当量塑性应变范围Δε_p、当量蠕变应变范围Δε_c和当量应变范围Δε表示的材料在400℃、0.2％s~(-1)应变速率下的高温低周疲劳总寿命和裂纹扩展寿命方程。利用Matlab对试验结果进行非线性多元回归,得到用疲劳成分、蠕变成分和蠕变/疲劳交互作用成分三者的非线性组合来表征的材料无保持周期应变控制的疲劳总寿命和裂纹扩展寿命评价方程,即认为整个试样的失效过程中存在着蠕变/疲劳交互作用,正是这种蠕变/疲劳交互作用的存在导致了试样或构件的疲劳总寿命和裂纹扩展寿命的降低,定量的表征了蠕变/疲劳交互作用对材料疲劳总寿命和裂纹扩展寿命的影响。     

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Vc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(·Vc)/(·V)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K可作为FGH95合金高温疲劳裂纹扩展的有效驱动力参数.     

X12CrMoWVNbN10—1—1钢高温裂纹扩展特性分析

裂纹的萌生是汽轮机转子不可避免的问题,而裂纹的扩展对电厂运行产生极大的威胁.X12CrMoWVNbN10-1-1钢在火电领域应用广泛,针对X12CrMoWVNbN10-1-1转子钢高温下的裂纹扩展特性进行了分析:对X12CrMoWVNbN10-1-1钢在620℃下进行了疲劳裂纹扩展试验,对载荷、应力比及频率等参数影响裂纹扩展的情况进行了研究,并结合Paris模型、Forman模型以及C*参数模型,研究了X12CrMoWVNbN10-1-1钢高温疲劳及蠕变-疲劳交互作用下的裂纹扩展速率模型.结果表明,X12CrMoWVNbN10-1-1钢高温疲劳裂纹扩展速率da/dN与载荷水平P及频率f呈正相关,与应力比R呈负相关;Paris公式和Forman公式适合描述X12CrMoWVNbN10-1-1钢高温疲劳裂纹扩展速率,C*参数适合描述其蠕变-疲劳裂纹扩展速率.