高温水环境中镍基合金力学性能对裂尖力学化学效应的影响

力学与化学相互作用引起的力学化学效应会加速核电站中镍基合金的应力腐蚀开裂行为。焊接接头材料力学性能的不均匀性,将间接影响材料的力学化学效应。本文采用标准紧凑拉伸试样和有限元方法,研究得到了高温水环境中600合金屈服强度和硬化指数对裂纹尖端表面力学化学效应的影响,分析了弹性和塑性变形对裂纹尖端力学化学效应的作用。结果表明600合金裂尖表面的力学化学效应受到屈服强度的变化的影响,但硬化指数对裂尖表面力学化学效应的影响不明显。     

应力强度因子对高温水环境中镍基合金裂尖电化学腐蚀电位的影响（英文）

在高温水环境中,应力会提高镍基合金裂纹尖端的阳极溶解速率并加速裂纹扩展。采用弹塑性有限元方法,对高温水环境中镍基合金裂纹尖端应力和电化学腐蚀的关系进行研究。分析了应力强度因子对模拟高温水环境中600合金1T-CT试样裂纹尖端表面电化学腐蚀电位的影响,并讨论了弹性变形和塑性变形对裂纹尖端电化学腐蚀电位变化的影响。     

随机因素对镍基合金应力腐蚀裂尖力学特性的影响（英文）

镍基合金的应力腐蚀开裂是核电站一回路中最重要的潜在安全隐患之一,考虑物理参数的随机性,基于氧化膜破裂理论,研究了镍基合金应力腐蚀裂尖力学特性的分散性规律。为了提高随机参数数值分析的效率,结合MATLAB和ABAQUS子模型技术的优点,完成了MATLAB对ABAQUS的二次开发,将有限元数值模拟和拉丁超立方抽样(LHS)方法相结合,获得了弹性模量、屈服强度等随机参数对应力腐蚀裂尖氧化膜和基体金属区域应力应变的影响规律,并验证了方法的可行性。结果表明,随机性的影响不容忽略,屈服应力的随机性对裂尖应力的分散性影响最大,而弹性模量的随机性对裂尖塑性应变分散性的影响最为显著。     

镍基合金环境致裂过程中裂尖微观力学特性分析（英文）

核电站-回路压力容器、管道及蒸汽发生器等设备和结构中广泛采用镍基合金和奥氏体不锈钢,而这些材料的环境致裂(EAC)却是核电结构的主要安全隐患之一。研究表明,核电高温高压水环境中镍基合金的EAC是裂尖氧化膜破裂和再生成的一个过程。为了深入了解镍基合金EAC裂纹扩展过程中裂尖的力学状况,从理论和数值模拟两方面分析研究了EAC裂尖氧化膜和基体金属区域的应力分布规律,为提高定量预测高温高压水环境中镍基合金EAC扩展速率精度奠定基础。     

材料力学性能对高温水环境中镍基合金裂尖应力分布的影响

借助有限元数值模拟方法,分析了力学性能参数对镍基合金裂尖应力分布的影响。结果表明:随着材料力学性能的变化,镍基合金和氧化膜的裂尖应力分布会发生不同的变化,由此得到了镍基合金和氧化膜的裂尖应力分布规律。     

镍基合金环境致裂稳态小裂纹裂尖力学场特殊性研究（英文）

裂纹长度是影响裂纹尖端力学特性及裂纹扩展速率的重要因素,但现有环境致裂研究中的裂纹类型主要为长裂纹而忽略了小裂纹。本工作采用有限元数值计算的方法,研究高温水环境下具有单边裂纹的镍基合金试样环境致裂过程中小裂纹裂尖力学特征。结果表明小裂纹裂尖具有比长裂纹更高的应力和应变,并使小裂纹具有更高的裂纹扩展趋势。研究中给出了计算小裂纹裂尖塑性区尺寸的修正方法,J积分计算的Irwin修正方法适用于长裂纹,但计算小裂纹条件下的J积分时会产生误差。提出在缺乏成熟理论指导下应采用弹塑性有限元数值计算的方法获取准确的小裂纹裂尖J积分。基于小裂纹与长裂纹裂尖力学特征的明显不同,建议在分析核电结构材料环境致裂时,将裂纹扩展分为小裂纹扩展及长裂纹扩展阶段分别研究。     

随机因素对镍基合金应力腐蚀裂尖力学特性的影响

镍基合金的应力腐蚀开裂是核电站一回路中最重要的潜在安全隐患之一,考虑物理参数的随机性,基于氧化膜破裂理论,研究了镍基合金应力腐蚀裂尖力学特性的分散性规律。为了提高随机参数数值分析的效率,结合MATLAB和ABAQUS子模型技术的优点,完成了MATLAB对ABAQUS 的二次开发,将有限元数值模拟和拉丁超立方抽样方法相结合,获得了弹性模量、屈服强度等随机参数对应力腐蚀裂尖氧化膜和基体金属区域应力应变的影响规律,并验证了方法的可行性。结果表明,随机性的影响不容忽略,屈服应力的随机性对裂尖应力的分散性影响最大,而弹性模量的随机性对裂尖塑性应变分散性的影响最为显著。     

镍基合金环境致裂过程中裂尖微观力学特性分析

核电站一回路压力容器、管道及蒸汽发生器等设备和结构中广泛采用镍基合金和奥氏体不锈钢,而这些材料的环境致裂(EAC)却是核电结构的主要安全隐患之一。研究表明,核电高温高压水环境中镍基合金的EAC是裂尖氧化膜破裂和再生成的一个过程。为了深入了解镍基合金EAC裂纹扩展过程中裂尖的力学状况,本文从理论和数值模拟两方面分析研究了EAC裂尖氧化膜和基体金属区域的应力分布规律,为提高定量预测高温高压水环境中镍基合金EAC扩展速率精度奠定基础。     

应力强度因子对镍基合金应力腐蚀开裂裂尖力学特性的影响

以紧凑拉伸试样为研究对象,通过加载不同大小的应力强度因子KI,用有限元方法研究了不同状态下SCC裂尖氧化膜和基体金属的应力分布规律。结果表明:裂尖区域氧化膜和基体金属对裂尖应力强度因子KI的变化敏感度不同;随着KI的增大,氧化膜破裂前和破裂后应力应变在裂尖区域的分布规律均发生了变化,该变化对裂纹扩展有一定的促进作用。     

镍基合金应力腐蚀裂尖氧化膜力学特性分析

裂纹尖端氧化膜形成与破裂是核电站压力容器高温水环境中镍基合金材料应力腐蚀开裂(SCC)的主要过程之一。由于应力腐蚀裂纹尖端形貌和扩展方式的特殊性,本研究利用ABAQUS有限元软件的子模型技术,在微观尺度下对由裂尖氧化膜和基体金属共同构成的应力腐蚀裂尖应力应变场进行了分析。结果表明,SCC裂尖氧化膜前端沟形裂纹的存在,会造成氧化膜中应力和应变的很大变化,且随着沟形裂纹的长度增加,这种变化越加明显;另一方面,与氧化膜中应力相比,塑性应变对裂尖形貌变化更加敏感,从一个侧面说明,裂尖塑性应变是研究SCC裂尖氧化膜形成与破裂比较理想的力学参量。     

膜致应力对应力腐蚀裂尖力学特性的影响（英文）

氧化膜破裂理论是目前定量预测核电高温水环境中镍基合金应力腐蚀开裂速率应用最为广泛的理论模型之一,其中应力强度因子是衡量应力腐蚀开裂速率的重要参量。为进一步了解氧化膜破裂机理及裂纹扩展驱动力特性,提出了膜致应力强度因子。为了深入了解膜致应力强度因子在EAC(环境致裂)裂纹扩展过程中裂尖的力学状况,在不考虑外载的情况下,从理论和数值模拟两方面分析研究了EAC裂尖基体金属区域的应力应变分布状态,得出了膜致应力强度因子对裂尖Mises应力、等效塑性应变、拉伸应力、拉伸应变及拉伸应变梯度的影响规律,为提高定量预测高温高压水环境中镍基合金及不锈钢EAC扩展速率精度奠定基础,进而完善了氧化膜破裂机理。     

镍基合金617B的微观组织与力学性能（英文）

采用SEM、TEM和力学性能测试研究镍基合金617B在750°C下时效5000h过程中的微观组织稳定性和力学性能。在时效过程中,合金617B析出M23C6碳化物和γ′相,前者分布于晶界和晶内,后者分布于晶内。随着时效时间的延长,析出物颗粒尺寸逐渐增大。碳化物和γ′相颗粒起到析出强化作用,并提高时效态合金的硬度和强度。在时效过程中,时效态合金的强度和硬度具有良好的稳定性。合金617B时效后的韧性降低是由于γ′相抑制晶界附近的弹性变形,导致晶界裂纹形成;此外,晶界碳化物析出导致其与基体相的界面强度降低,晶界处易产生裂纹。这使得时效态合金的冲击韧性降低。但在时效过程中,时效态合金的韧性具有较好的稳定性是由于时效5000 h过程中析出相的分布未发生明显变化。     

镍基合金环境致裂稳态小裂纹裂尖力学场特殊性的研究

裂纹长度是影响裂纹尖端力学特性及裂纹扩展速率的重要因素,但现有环境致裂研究中的裂纹类型主要为长裂纹而忽略了小裂纹。本文采用有限元数值计算的方法,研究高温水环境下具有单边裂纹的镍基合金试样环境致裂过程中小裂纹裂尖力学特征。结果表明小裂纹裂尖具有比长裂纹更高的应力和应变,并使小裂纹具有更高的裂纹扩展趋势。文中给出了计算小裂纹裂尖塑性区尺寸的修正方法,J 积分计算的Irwin修正方法适用于长裂纹,但计算小裂纹条件下的J积分时会产生误差。提出在缺乏成熟理论指导下应采用弹塑性有限元数值计算的方法获取准确的小裂纹裂尖J积分。基于小裂纹与长裂纹裂尖力学特征的明显不同,建议在分析核电结构材料环境致裂时,将裂纹扩展分为小裂纹扩展及长裂纹扩展阶段分别研究。     

镍基合金闭孔空心球的制备（英文）

采用3种不同粒度的镍基合金粉,通过挂浆法结合粉末冶金工艺制备出壁厚为0.3~0.4 mm,直径为3~3.5 mm的金属空心球结构。得出了浆料的最佳配比,粘接剂和粉末的质量比为1/2。测试了空心球结构的密度、孔隙度和压缩强度,分析结果显示随着原始粉末粒度的减小,孔隙度减小,密度和抗压强度增加。压缩强度分别是16、18、28 MPa,实际相对抗压强度仅为理论抗压强度的50%。     

氧化膜形状对镍基合金应力腐蚀裂尖应力应变的影响

采用有限元数值模拟手段,分析了裂尖氧化膜在不同曲率下对应力腐蚀裂纹尖端应力应变场的影响。结果表明,随着氧化膜裂尖曲率的不同,氧化膜裂尖Mises应力和基体金属的Mises应力及等效塑性应变规律不同,曲率越大处,越易发生氧化膜破裂;在裂尖正前方,基体金属和氧化膜结合面处,会产生应力突变,易产生裂纹,也是发生裂纹扩展的薄弱区。     

应变速率及温度对GH3230镍基高温合金力学性能的影响（英文）

对航空发动机用新型镍基高温合金GH3230在不同温度和应变速率下进行了高温拉伸-断裂试验,分析了应变速率和温度对该合金高温力学性能的影响。结果表明,随着应变速率的增加和温度的下降,合金的塑性流动应力有所提高,加工硬化指数n下降。从流变应力、应变速率和温度的相关性,得到应变速率敏感系数m是一个独立于温度的常量,并计算出GH3230合金的变形激活能Q=441kJ/mol。GH3230合金的热变形温度在1273 K左右时,合金在变形过程中能够充分再结晶,并得到晶粒细小、均匀的组织。SEM断口分析表明GH3230合金在高温下(1144~1273 K)应变率范围为10~(-3)~10~(-1)s~(-1)时的拉伸断裂都是由损伤引起的韧性断裂,且温度对断口形貌影响不大,但应变速率增大会使韧窝尺寸和深浅变小。     

热处理对定向凝固Nb-Ti-Si基合金组织及力学性能的影响（英文）

在熔体温度为2323 K,抽拉速率为100μm/s的条件下对Nb-Ti-Si基超高温合金进行了有坩埚整体定向凝固(DS),然后对定向凝固试样进行了2种不同工艺的热处理:即1723 K/50 h高温均匀化处理(HT1)和1623 K/50 h+1723 K/50 h+1373 K/50 h复合热处理(HT2)。采用XRD,SEM和EDS等分析手段研究热处理对定向凝固合金微观组织及其力学性能的影响。结果表明,热处理后合金中大尺寸初生硅化物的体积分数下降,2种方式的热处理均能有效减轻甚至消除合金中的成分偏析。热处理后原DS试样中Nbss+(Nb,X)_5Si_3共晶胞的边界完全消失。相比HT1处理,HT2处理后试样中硅化物的分布更加均匀。与DS试样相比,经HT2处理后试样的室温断裂韧性值增加了12.3%(约19.2 MPa·m~(1/2)),且其抗拉伸强度增加了26.6%(最大值达到933.2 MPa)。力学性能的改善主要归因于热处理后组织中(Nb,X)_5Si_3颗粒弥散分布以及韧性Nbss相的形状、尺寸及含量均发生变化。     

高温时效对高温镍基合金沉淀强化的影响

研究了750～1050℃下长期时效对Ni3Al基高温合金沉淀强化的影响.结果表明:镍基高温合金在不同温度时效处理一定时间后,γ'沉淀强化相呈球形分散在γ基体上,随时效温度升高,γ'沉淀相微粒粗化,合金屈服强度降低,拉伸塑性提高.随着时效时间的延长,合金的屈服强度增大,但当时效时间超过1000 h之后,屈服强度和伸长率开始下降.Ni-Al合金的性能和沉淀相的颗粒大小、分布、体积分数及粗化速率等因素有关.     

划痕诱发的镍基合金应力腐蚀裂尖扩展驱动力分析

为了解表面划伤导致的不同氧化物形貌对镍基合金应力腐蚀(SCC)行为的影响,模拟了膜致应力下镍基合金划伤裂纹尖端的局部应力应变场。结果表明,楔形力是引发SCC裂纹扩展的主要驱动力。划痕裂纹前端的氧化物越厚,楔形力越大,并会增大SCC裂纹扩展速率。裂尖氧化物的形成导致了压应力、压应变和负的应变速率,并会阻碍半椭圆裂纹尖端上部和下部的SCC裂纹扩展。     

焊接热循环对Ni-Fe基合金高温力学性能的影响

采用焊接热模拟试验,分析了焊接热循环对一种700℃超超临界火电机组高温部件候选材料——Ni-Fe基高温合金组织和高温性能的影响.结果表明,焊接热循环过程使合金中γ'相以及MC碳化物大量固溶.700℃持久试验中HAZ试样在400 MPa的持久断裂时间低于母材,300和350 MPa的持久断裂时间与母材相当.随着持久试验进行,HAZ组织中的晶界逐渐析出M₂₃C₆,晶内重新析出大量γ'相,使HAZ的持久性能逐渐恢复.高温焊接热循环使MC发生部分溶解,为M₂₃C₆在后续持久试验时效中的析出提供了C元素.