1.25Cr-0.5Mo钢在蠕变疲劳交互作用下的裂纹扩展分析

利用大型有限元分析软件ANSYS,模拟分析了石油化工高温设备中广泛使用的1.25Cr-0.5Mo钢在蠕变疲劳交互作用下的裂纹扩展行为,得出了裂纹在不同的条件下的扩展规律。分析过程中,采用了损伤累积的方法,对每个载荷步的裂纹扩展进行累积,提高了结果的可信度。     

蠕变性能失配对应力腐蚀裂尖力学场的影响

核电一回路中应力腐蚀开裂(SCC)是奥氏体不锈钢和镍基合金的主要失效形式。金属在高温水中会发生蠕变,从而影响了裂纹的扩展速率。以紧凑拉伸试样为研究对象,采用ABAQUS软件,分析了蠕变失配对SCC裂尖应力、应变以及蠕变速率和裂纹扩展速率的影响。结果表明,蠕变会使裂尖处的高应力在短时间内快速减少,但对应变的影响不明显。随着失配比的增加,C_t积分增大,同时裂纹扩展速率也越大,裂纹在蠕变主导下更易扩展。     

蠕变断裂韧性对Cr-Mo-V钢蠕变-疲劳交互作用下裂纹开裂和扩展的影响

本文研究了蠕变断裂韧性对三种低合金Cr-Mo-V钢在蠕变一疲劳交互作用下裂纹开裂和扩展的影响.试验表明,材料韧性对裂纹开裂和扩展起重要作用,脆性状态时,裂纹开裂时间比蠕变时短,二者间的裂纹扩展速度无明显差别;韧性状态时,裂纹开裂时间不仅比蠕变时短,而且其裂纹扩展速度比蠕变时大得多.此外,低合金Cr-Mo-V钢经蠕变一疲劳交互作用后有脆化倾向,其脆性程度取决于钢的原始韧性值.韧性状态时,蠕变-疲劳交互作用显著促使三种Cr-Mo-V钢由韧性向脆性转变;而在脆性状态时,这种脆性转变不明显。     

EFFECT OF CREEP FRACTURE TOUGHNESS ON CRACK INITIATION AND PROPAGATION UNDER CREEP FATIGUE INTERACTION

本文研究了蠕变断裂韧性对三种低合金Cr-Mo-V钢在蠕变一疲劳交互作用下裂纹开裂和扩展的影响.试验表明,材料韧性对裂纹开裂和扩展起重要作用,脆性状态时,裂纹开裂时间比蠕变时短,二者间的裂纹扩展速度无明显差别;韧性状态时,裂纹开裂时间不仅比蠕变时短,而且其裂纹扩展速度比蠕变时大得多.此外,低合金Cr-Mo-V钢经蠕变一疲劳交互作用后有脆化倾向,其脆性程度取决于钢的原始韧性值.韧性状态时,蠕变-疲劳交互作用显著促使三种Cr-Mo-V钢由韧性向脆性转变;而在脆性状态时,这种脆性转变不明显。     

基于微裂纹扩展的疲劳蠕变寿命预测方法

在"等效裂纹"概念及裂纹扩展理论基础上,从微裂纹扩展导致材料破坏的角度出发,得到了一种新的疲劳蠕变寿命预测模型.该模型在处理微裂纹扩展时考虑了时间无关疲劳以及时间相关静蠕变,循环蠕变的影响.时间无关疲劳裂纹扩展采用Tomkins模型,时间相关蠕变裂纹扩展采用C*控制参量.用该寿命预测模型对1.25Cr0.5Mo钢540℃应力控制下疲劳蠕变寿命进行了预测,预测结果与实验结果符合较好.     

A NEW FATIGUE-CREEP LIFE PREDICTION METHODOLOGY

在“等效裂纹”概念及裂纹扩展理论基础上,从微裂纹扩展导致材料破坏的角度出发, 得到了一种新的疲劳蠕变寿命预测模型.该模型在处理微裂纹扩展时考虑了时间无关疲劳以及时间相关静蠕变、循环蠕变的影响.时间无关疲劳裂纹扩展采用Tomkins模型,时间相关蠕变裂纹扩展采用C*控制参量. 用该寿命预测模型对1.25Cr0.5Mo钢540 ℃应力 控制下疲劳蠕变寿命进行了预测, 预测结果与实验结果符合较好.     

GH864合金蠕变/疲劳裂纹扩展速率及a-N曲线分析

研究了GH864合金不同保载时间下650℃蠕变/疲劳裂纹扩展行为,分析了裂纹扩展过程中蠕变和氧化的作用,以及a-N曲线的转折点含义。结果表明:保载5s时GH864合金以穿晶断裂为主,疲劳作用占主导;保载90s时GH864合金以沿晶断裂为主,蠕变作用占主导。利用Saxena模型可较好地表征本实验条件下650℃蠕变/疲劳交互作用的裂纹扩展速率曲线,可估算较高应力强度因子和较低应力强度因子的裂纹扩展速率。另外,用Saxena模型可求出蠕变和疲劳的表达式,对比分析高温蠕变/疲劳交互作用的裂纹扩展过程中蠕变和疲劳的作用及所占的比例。最后针对a-Ni/Nf、da/dN-a曲线及da/dN-N曲线变换中出现的拐点,结合断口形貌分析了转折点对应的含义。高温合金及其它材料的裂纹扩展速率曲线也适用于以上曲线分析方法。     

高温蠕变下表面多裂纹扩展行为

文中将蠕变损伤模型编写到USDFLD用户子程序中,利用有限元分析软件ABAQUS,通过单元失效技术模拟了表面多裂纹干涉条件下裂纹扩展行为.探究了不同裂纹尺寸、残余应力对高温蠕变表面多裂纹干涉效应及裂纹扩展行为的影响.结果表明,表面裂纹形状比、裂纹深度的增大和裂纹间距离的减小,加强了表面多裂纹之间的干涉效应并促进多裂纹的扩展,而残余应力的存在同样加速了裂纹扩展.基于裂纹扩展速率提出了蠕变下表面多裂纹合并准则,即当蠕变干涉因子超过1.27,应当考虑多裂纹的合并,否则多裂纹仍按照单裂纹处理.     

高铌TiAl合金在疲劳蠕变作用下的裂纹萌生及扩展

利用SEM原位观察技术研究了近片层Ti-45Al-8Nb-0.2W-0.2B-0.1Y合金在750℃疲劳蠕变交互作用下的裂纹萌生及扩展行为,循环实验采用在最大拉应力保载的梯形波.结果表明,裂纹主要在片层团界面萌生,裂纹萌生方式包括蠕变空洞和疲劳微裂纹.片层团界面处的微裂纹先通过吞并蠕变空洞或在裂纹尖端应力集中作用下沿片层团界面进行扩展,然后相互连接长大;当裂纹扩展受到不同取向的片层团界面阻碍时,受阻的裂纹开始沿试样厚度方向扩展,且附近伴随出现垂直于载荷方向的微裂纹;最终受阻的裂纹相互连接直至合金断裂.将实验结果与该合金在相同条件下疲劳变形和蠕变变形的原位观察结果进行了比较.结合实验结果建立了高铌TiAl合金在疲劳蠕变交互作用下裂纹萌生及扩展示意模型.     

高温时效对G115钢蠕变-疲劳裂纹扩展行为的影响

在保载时间600 s,初始应力强度因子范围为23 MPa·m^0.5条件下，研究了G115钢在650℃时效1000、2000和3000 h后的蠕变-疲劳裂纹扩展行为。结果表明，随着时效时间的增加，时效后G115钢蠕变-疲劳裂纹扩展速率da/dN显著增加，导致裂纹扩展寿命降低。然而，时效时间的变化对裂纹扩展机制无显著影响，均为伴随大量蠕变损伤的穿晶主导混合断裂模式。沿边界Laves相的快速形核和长大、固溶作用的降低是导致时效后G115钢蠕变-疲劳裂纹扩展寿命降低的主要原因。