基于Z′参数的高强铝合金稳态蠕变速率可靠性研究

建立了基于速率温度参数模型的新型高强铝合金Z′参数表达式及稳态蠕变速率-可靠度预测方法,Z′参数表征稳态蠕变速率数据偏离速率温度参数模型主曲线的程度。结合实测数据,研究了Z′参数的统计分布规律。基于Z′参数,分别得出新型高强铝合金实验应力-速率温度参数-可靠度曲线和温度-许用应力-可靠度曲线。结果显示,新型高强铝合金Z′参数满足正态分布规律。稳态蠕变速率预测上限随可靠度的增加而升高。外推至稳态蠕变速率上限10~(-7) h~(-1)时,新型高强铝合金在50、80℃下的许用应力(可靠度99.7%)分别为470.0、294.5 MPa。与传统安全系数法相比,基于Z′参数的预测结果更合理。     

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。     

7AXX铝合金在热压缩状态下的流变行为

研究7AXX铝合金在热变形过程中的流变行为对于提高专用设备锻件综合性能、避免材料热开裂有重要意义。本文利用Gleeble-3500热模拟试验机在变形温度360～460 ℃、应变速率0.001～1 s^-1的条件下,对7AXX铝合金铸锭进行高温压缩实验,研究了热压缩状态下温度和应变速率对该合金流变行为的影响程度,拟合得到了含Zener-Hollomon参数的7AXX铝合金流变应力表达式,建立了基于双曲正弦关系的合金热变形本构方程及热加工图。结果显示,变形温度及应变速率对7AXX铝合金的流变行为有显著影响。合金的流变应力随温度的升高而降低,随应变速率的增加而增加。合金在热压缩过程中的应力指数为3.21,热激活能为137.31 kJ/mol。变形温度385～450 ℃、应变速率0.01～0.1 s^-1是适用于7AXX铝合金的热加工条件范围。     

二氧化铀芯块的低温烧结工艺与高温蠕变研究

介绍二氧化铀芯块的低温烧结技术,研究使用低温烧结技术所制备芯块的高温蠕变性能。试验中芯块的烧结温度分为1073、1273、1473、1673 K,烧结时间为1、2、3 h。烧结温度为1673 K,烧结时间为3h时,获得的的芯块烧结密度最大,密度为10.41g/cm3。由低温烧结工艺获得的芯块晶粒尺寸为9.0μm,而采用传统工艺制得的芯块晶粒尺寸达到23.8μm。。在应力20~50 MPa,温度1673 K和1773 K,氮气氛保护的条件下进行蠕变试验,研究这2种芯块的高温蠕变性能。由试验结果可知,在堆芯环境下(10 MPa应力)2种晶粒尺寸的芯块蠕变速率有一定差异,比值约为3。晶粒尺寸9.0μm的芯块其蠕变速率可以由Nabarro-Herring和Hamper-Dorn模型计算,而晶粒尺寸23.8μm的芯块其蠕变速率可以由Hamper-Dorn模型计算。     

二氧化铀芯块的低温烧结工艺与高温蠕变研究

介绍二氧化铀芯块的低温烧结技术,研究使用低温烧结技术所制备芯块的高温蠕变性能。试验中芯块的烧结温度分为1073、1273、1473、1673 K,烧结时间为1、2、3 h。烧结温度为1673 K,烧结时间为3h时,获得的的芯块烧结密度最大,密度为10.41g/cm3。由低温烧结工艺获得的芯块晶粒尺寸为9.0μm,而采用传统工艺制得的芯块晶粒尺寸达到23.8μm。。在应力20~50 MPa,温度1673 K和1773 K,氮气氛保护的条件下进行蠕变试验,研究这2种芯块的高温蠕变性能。由试验结果可知,在堆芯环境下(10 MPa应力)2种晶粒尺寸的芯块蠕变速率有一定差异,比值约为3。晶粒尺寸9.0μm的芯块其蠕变速率可以由Nabarro-Herring和Hamper-Dorn模型计算,而晶粒尺寸23.8μm的芯块其蠕变速率可以由Hamper-Dorn模型计算。     

加Sn对AgInCd压缩蠕变行为影响

采用现有RDL-50型拉伸蠕变试验机,改装部分试验装置后研究Ag In Cd合金加Sn前后在300~400℃温度及12~30 MPa应力范围内的压缩蠕变行为。根据试验结果详细分析稳态速率与温度、应力的关系,计算应力指数n和蠕变激活能Qa;并根据透射电子显微镜结果探讨合金的压缩蠕变机制。结果表明:随温度和应力水平的升高,合金的稳态蠕变速率增加。加Sn后,Ag In Cd对应力敏感性更大,且在任一应力下激活能更高,其抗蠕变性能较好。根据计算,300、350、400℃条件下,加Sn与不加Sn合金的蠕变应力指数n分别为9.41、8.07、9.48和3.31、4.10、5.77;12、18、24 MPa条件下,加Sn与不加Sn合金的蠕变激活能Qa分别为147.9、126.9、149.9 k J/mol和68.1、103.7、131.6 k J/mol。微观形貌以层错为主,300℃的主要蠕变机制为孪生,400℃的主要蠕变机制为位错攀移生成位错墙。     

θ法思想在铝材蠕变寿命研究中的初步应用

铝材蠕变寿命研究是铝材可靠性研究工作的重要组成部分.将θ法思想应用于铝材蠕变寿命研究中,即以蠕变曲线作为研究对象,采用非线性回归分析法处理现有的东轻厂铝材蠕变试验数据,得到不同温度、不同载荷下铝合金的蠕变曲线经验公式,形式为(ε=ab+ctd/b+td)其中ε为蠕变应变量,t为试验时间,a、b、c、d为曲线参数;对于同一试样,应用此公式可用4000小时的数据成功地进行蠕变应变量预测;同时确定西北铝铝材蠕变寿命试验的试验温度上限范围为1.75t0～2.13t0之间.与国标中的传统预测方法相比较,θ思想预测法可实现既不降低预测准确度又节省试验时间和费用的目的.     

Zr-Sn-Nb-Fe合金两相区流变行为与本构模型研究

为准确描述材料的高温流变行为，本文通过利用单向压缩试验对Zr-Sn-Nb-Fe合金在温度为650～800℃、应变速率为0.01～1 s^-1时的热变形行为进行研究，建立了Zr-Sn-Nb-Fe合金应变补偿型Arrhenius本构模型，并评估了该模型的预测能力。结果表明，Zr-Sn-Nb-Fe合金是一种对温度和应变速率较敏感的材料，其流变曲线呈现为动态再结晶型，流动应力随变形温度的升高和应变速率的降低而减小。采用本文所建本构模型对Zr-Sn-Nb-Fe合金的流动应力进行预测，结果显示，各工艺参数下流动应力预测值与实验值均吻合良好，模型预测值与实验值的平均相对误差绝对值为4.77%,相关系数为0.988 3,表明模型的预测精度较高。     

316不锈钢长时总体一次薄膜应力强度许用值预测方法研究

材料的总体一次薄膜应力强度许用值（Smt）是高温反应堆设备结构设计力学分析的重要判定依据,但美国机械工程师协会（ASME）的规范和法国《快堆核岛机械设备设计和建造规范》（RCC-MR）给出的最长30万小时的Smt不能满足长寿期反应堆的设计要求。本文基于ASME规范给出的30万小时许用应力、预计最小断裂应力及断裂应力系数等材料蠕变性能数据,采用Larson-Miller外推模型成功获得了50万小时长寿期的316不锈钢母材和焊缝的长时蠕变性能,可满足长寿期反应堆的设计要求。      

样品尺寸变化对T91钢蠕变力学行为的影响

T91钢是第4代反应堆的候选结构材料之一，中子辐照后的高温蠕变性能是评价其服役性能的关键指标。为充分利用辐照空间、减小辐照参数梯度和降低样品放射性，针对力学性能的研究需要使用小尺寸样品，但小样品试验数据可能与标准样品不同，导致无法准确评价材料性能。为研究样品尺寸变化对T91钢蠕变力学行为的影响，本文对T91钢小片状试样和标准棒状试样在温度675～725℃、蠕变应力80～120 MPa下的蠕变行为和断裂机理进行了对比研究。结果表明，不同尺寸样品均发生了减速蠕变、稳态蠕变和加速蠕变3个变形阶段，且断裂时间均随蠕变温度和应力的增大而减小，但小片状试样的蠕变断裂时间更长、稳态蠕变速率更小；所有试样均发生了微孔聚集型韧性断裂，但小片状试样断口的韧窝尺寸相对更小且受到剪切应力；试样尺寸变化不影响T91钢蠕变变形机制，造成差异的原因是试样应力状态差异；蠕变过程中不同的微观结构演化是蠕变试样尺寸效应随蠕变温度、应力变化规律复杂的重要原因。     

Creep and creep rupture of a Zr-6%Sn-1%Mo alloy

Creep and creep rupture of a Zr-6%Sn-1%Mo alloy was investigated in a temperature interval 350 to 550°C using isothermal test and transmission electron microscopy techniques. The heat treatment of the alloy consisted in quenching to martensite and ageing at 550°C. The apparent activation energy of creep increases with temperature and applied stress from values lower to those significantly higher than the expected value of the activation enthalpy of the lattice diffusion to which the self-diffusion of all the three components of the solid solution (forming the matrix of the alloy) contributes. The parameter characterizing applied stress sensitivity of steady state creep rate increases with the stress from values only slightly higher than one to values close to thirty. The apparent activation energy of rupture life is close to that of creep and the stress sensitivity parameter of rupture life is close to that of steady state creep rate. The mechanisms likely to control creep rate under various external conditions are discussed. It is suggested that the mechanisms controlling the creep rate also control the rupture life.     

Effects of 14 MeV neutron irradiation on creep of nickel and niobium

Flux, stress and temperature effects on the creep strength of nickel and niobium were observed in situ at the RTNS-II 14 MeV neutron source at Lawrence Livermore National Laboratory. Creep tests were done on Ni and Nb near 0.3 $\text{T}{}_{\mathrm{m}}$ with stresses to 280 MPa in a high vacuum test unit using a digital computer for control and data acquisition. Cyclic flux tests produced dramatic changes in creep rate. This creep behavior is attributed to the point defect fluctuations in the crystal structure. Analysis of creep and stress relaxation under steady state flux indicates that an intermediate temperature, thermally activated deformation mechanism is rate controlling.     

设计S—N曲线的概率估计和ASME法的可靠性评价

基于ＬａｎｇｅｒＳ－Ｎ曲线,提出了设计Ｓ－Ｎ曲线的概率估计方法和ＡＳＭＥ法的可靠性评价方法。Ｐ－Ｓ－Ｎ曲线由文中提出的广义极大似然法估计。方法可应用于处理具有双随机性特征的Ｓ－Ｎ数据,并可推广应用于处理应力控制成组法疲劳试验和极大似然法试验得到的Ｓ－Ｎ数据。     

镍基合金825在超临界水中的腐蚀性能研究

研究了镍基合金825在550 ℃/25 MPa、600 ℃/25 MPa和650 ℃/25 MPa超临界水（SCW）中的应力腐蚀开裂敏感性,以及在超临界650 ℃/25 MPa、次临界290 ℃/15.2 MPa水中的均匀腐蚀性能。通过慢应变速率拉伸实验得到了相应的应力-应变曲线,结果表明,随温度的升高,825的机械强度和塑性逐渐下降;实验后试样的SEM图像表明,825在3种工况下的应力腐蚀开裂倾向大小关系为600 ℃＞550 ℃＞650 ℃。825在SCW条件下的腐蚀实验表明,其腐蚀增重大致符合幂函数生长规律;而其在次临界条件下的腐蚀增重变化却呈现出先减后增的特征。     

ATF用ODS-FeCrAl管材的耐腐蚀性能研究

针对尺寸为Φ9.5 mm×0.3 mm的氧化物弥散强化（ODS）-FeCrAl管材在360℃/18.6 MPa/100 d静态水溶液、360℃/18.6 MPa/1200 ppm B+2.2 ppm Li/100 d（1 ppm=10?6）动态水溶液、1200℃/0.1 MPa/8 h水蒸气中的腐蚀行为进行研究,利用扫描电镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）和X射线衍射（XRD）等检测方法,分析管材表面氧化膜形貌、组织结构和元素分布。结果表明,360 ℃水溶液中极低的氧浓度使得ODS-FeCrAl管材在静态和动态水溶液的腐蚀产物主要是Fe₃O₄,质量增重分别为0.036 mg/cm2和0.36 mg/cm2,氧化膜厚度分别为管壁厚度的0.072%和0.72%;1200℃水蒸气腐蚀时,高温和充足的氧含量促使管材表面生成平均厚度为2.34 μm的α-Al₂O₃膜,延缓基体进一步氧化;腐蚀后的氧化膜表面和截面未发现开裂、孔洞等缺陷。与Zr-4管材参比试样相比,ODS-FeCrAl管材表现出优异的高温抗氧化、抗腐蚀性能。      

Martensitic zirconium alloys: Influence of chemical composition on creep characteristics

Results of an extensive investigation of creep in martensitic zirconium alloys are summarized with the aim to show the influence of chemical composition on the main creep characteristics — the steady state creep rate and the time and strain to fracture. The activation energy of creep and the parameter of stress sensitivity of steady state creep rate are determined and possible creep mechanisms as well as creep strengthening mechanisms are discussed. The time to fracture $\text{t}{}_{\mathrm{f}}$, is related to the steady state creep rate ge_s through the Monkman-Grant relation as modified by Dobe? and Milic?ka. The creep fracture shows features different from those of “classical” intergranular cavitation creep fracture. Most probably the creep fracture is controlled by the same deformation mechanism as the creep.     

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。      

Si含量对9%Cr铁素体马氏体钢微观结构和力学性能的影响

铁素体马氏体（F/M）钢是铅冷快堆堆芯的主要候选材料之一,提高Si含量可提高其抗腐蚀性能,但影响其微观结构和力学性能。为研发兼顾力学性能和抗腐蚀性能的高Si含量F/M钢,本文对Si含量（质量分数为034%、061%、080%、098%和120%）对9%Cr F/M钢微观结构和力学性能的影响进行了研究。结果显示,室温下通过正火（1 050 ℃,05 h,空冷）+回火（760 ℃,15 h,空冷）热处理制备的F/M钢均为全马氏体组织。钢的屈服强度和抗拉强度均随Si含量的增加而增加。Si含量对钢的组织及冲击性能的影响可分为两个阶段,当F/M钢中Si含量为034%~080%时,其组织、冲击性能变化很小;Si含量为098%~120%时,F/M钢中的第二相尺寸、数量增加,沿马氏体板条界面析出少量的Laves相,F/M钢的冲击韧性降低。本研究9%Cr F/M钢中Si元素的最优添加量应低于08%,使钢在保持较高强度的同时兼具良好的韧性。     

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

Through the design of double edged axial-notched tube (DEAT) specimen and fixture, the expression of C* integral of DEAT specimen was obtained based on the principles of energy equivalent and load separation. A test method for the creep crack growth rate of thin-walled tubes with axial cracks has been established. The creep crack growth tests of N18 zircaloy thin-walled tubes at different load levels at 350℃ are carried out by using DEAT specimens. The results show that the creep load will significantly affect the creep crack growth rate of N18 zircaloy; the creep crack growth can be divided into two stages: steady state expansion and rapid expansion; the creep crack growth rate (da/dt) and C* integral have a good power-law relationship, and it can be used to predict the creep crack growth behavior of N18 zircaloy.