新型马氏体耐热钢蠕变-疲劳性能与寿命预测

针对P92和G115新型马氏体耐热钢进行了应力控制下蠕变-疲劳性能研究,分析了保载时间和峰值应力对应力控制下蠕变-疲劳性能的影响规律.?结果表明,应力控制下蠕变-疲劳过程中蠕变变形和损伤主导了蠕变-疲劳寿命.?蠕变-疲劳寿命随峰值应力和保载时间的增加而下降,同时相同峰值应力下,G115钢的蠕变-疲劳寿命约是P92钢的8...     

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.     

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.     

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。     

热处理对FGH96粉末高温合金裂纹扩展速率的影响

研究不同热处理条件下FGH96粉末高温合金在650℃空气中疲劳/蠕变交互作用下的裂纹扩展速率,分析不同热处理对FGH96粉末高温合金裂纹扩展速率的影响规律。结果表明:提高固溶温度和盐浴温度可降低合金的裂纹扩展速率,固溶温度对裂纹扩展速率的作用程度大于盐浴温度的作用程度。降低时效温度和缩短时效时间也可延缓合金的裂纹扩展速率,时效温度对裂纹扩展速率的影响大于时效时间。另外,增加保载时间可以加快合金的裂纹扩展速率,但保载时间的影响随着时效温度的升高而减小。     

加载波形对X65钢腐蚀疲劳裂纹萌生及扩展的影响

采用疲劳实验研究了不同加载波形下X65钢在空气和海水中的疲劳行为。结合SEM结果,对疲劳断口和次生裂纹进行了观察。结果表明,在空气和海水中,正锯齿波加载下X65钢的疲劳寿命最大,三角波次之,正弦波最短。与在空气中相比,X65钢在海水中的疲劳寿命显著降低。正弦波与三角波加载时应力上升时间较短,有利于位错开动,加快裂纹萌生。其中正弦波在σ_max的保载时间最长,有利于位错滑移形成,疲劳裂纹扩展速度最快。在海水环境中,Cl^-促进了X65钢表面点蚀萌生,成为腐蚀疲劳裂纹源。当裂纹形成后,电解质进入裂纹间隙,在交变应力作用下裂纹反复张开与闭合,导致裂纹快速扩展。在海水中,当加载波形为正锯齿波时,X65钢的腐蚀疲劳裂纹的扩展机制为阳极溶解,而当加载波形为正弦波和三角波时,X65钢的腐蚀疲劳的扩展机制均为氢脆+阳极溶解混合机制,其中加载正弦波时腐蚀疲劳开裂敏感性最大。     

扭转预应变对Q345R钢低周疲劳性能影响的研究

采用轴向应变控制法、MTS809电液伺服疲劳试验机开展了扭转预应变后压力容器用Q345R钢的低周疲劳试验,获得了扭转预应变下材料的循环响应特征、应力-应变关系以及疲劳寿命等低周疲劳试验数据。根据应变-寿命曲线和塑性应变能-寿命曲线对试验钢的疲劳寿命进行了预测,两种方法预测结果一致。结果表明:扭转预应变对Q345R钢的疲劳寿命有明显的影响,但对其循环响应特征无明显影响,试验钢具有循环硬化特征。经过预扭转试件的裂纹扩展区出现韧窝,预扭转加速了裂纹扩展速率并增加了最后断裂区面积;而扩展区相应减小,这是预扭转导致疲劳寿命降低的原因。     

P92钢630 ℃下的高温低周疲劳行为分析

P92钢作为新一代耐热钢,其服役温度正随着超超临界机组的不断推广而逐渐提高,而高温疲劳性能对保证电厂的安全运行具有重大作用.文中通过P92钢630℃下的疲劳试验,研究了其在不同应变幅和应变速率下的疲劳寿命以及应力—应变关系,并结合断口形貌分析了P92钢的断裂机理.结果表明,P92钢属于高温循环软化材料,其疲劳寿命随塑性应变幅的增大而呈指数下降,同时应变速率的增大会导致其疲劳寿命的增大.P92钢疲劳断口分为疲劳源区、裂纹扩展区以及断裂区.高应变幅下蠕变孔洞和二次裂纹的增加是导致其疲劳寿命降低的主要原因.     

P92钢630°C下的高温低周疲劳行为分析

P92钢作为新一代耐热钢,其服役温度正随着超超临界机组的不断推广而逐渐提高,而高温疲劳性能对保证电厂的安全运行具有重大作用.文中通过P92钢630℃下的疲劳试验,研究了其在不同应变幅和应变速率下的疲劳寿命以及应力—应变关系,并结合断口形貌分析了P92钢的断裂机理.结果表明,P92钢属于高温循环软化材料,其疲劳寿命随塑性应变幅的增大而呈指数下降,同时应变速率的增大会导致其疲劳寿命的增大.P92钢疲劳断口分为疲劳源区、裂纹扩展区以及断裂区.高应变幅下蠕变孔洞和二次裂纹的增加是导致其疲劳寿命降低的主要原因.     

双重时效对Ti1023合金低周疲劳行为的影响

研究了双重时效对Ti-10V-2Fe-3Al合金低周疲劳行为的影响。结果显示,高应变幅(△εt/2=1.5%,1.2%,1.0%)下,合金表现为循环软化;低应变幅(△εt/2=0.8%,0.6%)下,则表现为循环应力饱和。疲劳寿命测试结果表明,双重时效疲劳寿命和直接时效疲劳寿命相当,疲劳总应变幅和疲劳寿命满足Coffin-Manson方程。SEM断口形貌显示,双重时效后疲劳裂纹稳定扩展区有明显的疲劳条纹,疲劳裂纹以穿晶方式扩展,并伴随着撕裂棱和二次裂纹,但二次裂纹较直接时效大量减少。TEM形貌显示,不论是双重时效还是直接时效,疲劳后变形组织都很均匀。虽然双重时效和直接时效具有相当的疲劳寿命,但是这种工艺缩短了时效时间,节约了能源,能更好地满足实际工业生产需求。     

长期时效对GH4169合金组织演化及低周疲劳行为的影响

研究了GH4169合金在750℃长期时效中的组织演化及其对低周疲劳行为的影响规律.结果表明,随时效时间的延长,合金中y″相尺寸逐渐增大、体积分数减少;δ相尺寸增大、体积分数增加;长期时效后合金低周疲劳最大循环应力响应降低,疲劳寿命缩短.随循环周次的增加,合金循环应力响应均依次呈循环硬化、稳定、而后软化的特征.合金时效过程中y″相尺寸增大和体积分数降低,导致其对合金的强化效果减弱,由此循环应变的应力响应降低;而时效中长针状d相及其周围的无析出带的生成成为裂纹扩展路径,导致疲劳寿命下降.     

Al-Mg-Si-Cu合金时效状态对疲劳过程及断裂特征的影响

采用疲劳测试、拉伸试验、金相显微电镜、扫描电镜和透射电镜技术研究不同时效处理状态的Al-Mg-Si-Cu合金在循环载荷作用过程中力学性能的演变和疲劳断口特征。结果表明:过时效合金的疲劳寿命最长,峰值时效合金的疲劳寿命最短;欠时效和峰值时效合金的屈服强度在疲劳过程中出现下降,且欠时效合金表现得尤为显著,欠时效合金的伸长率随循环次数的增加而增加;过时效合金的强度在疲劳过程中得到提高,而伸长率在疲劳寿命后期出现大幅下降。疲劳裂纹在样品表面萌生后倾向于沿晶界增殖并形成裂纹源区,过时效合金在射线状裂纹增殖区与瞬断区之间还出现了沿晶扩展区。     

方波加载对20CrMo钢焊缝疲劳裂纹扩展的影响

利用拉-拉疲劳法和金属磁记忆检测法研究了20CrMo钢焊缝在方波加载方式下疲劳裂纹扩展与自发射磁信号的相关性,用扫描电镜对疲劳断口特征进行了研究.结果表明,裂纹到达焊缝中心前,随着疲劳寿命的增加,焊缝处的自发射磁信号也随着增加,疲劳裂纹扩展速率先增加后减小,当裂纹越过焊缝后,随着疲劳寿命的增加,焊缝处的自发射磁信号开始减小,疲劳裂纹的扩展速率却迅速增加.在焊接接头的不同区域,疲劳裂纹扩展速率也不相同,其中热影响区扩展速度较快,而在其它区域扩展速率相对较慢.断口扫描分析表明方波加载方式下的疲劳断口为类解理断裂.     

压应力过载峰的时间间隔对镍基合金疲劳蠕变交互作用的影响

本文研究了迭加压应力过载峰S_P的时间间隔△t对镍基高温合金GH 698在700℃下疲劳蠕变交互作用的影响.结果表明,随着△t的逐渐减小,加剧合金的疲劳损伤,扩大了断口上疲劳断裂模式的范围,抑制沿晶蠕变断裂模式,这种变化对断裂寿命有明显影响.与此同时,迭加S_P对动态蠕变速率ε及疲劳裂纹扩展速率dα/dN的影响均表现为正反两个方面.当△t较短时,加速动态蠕变与裂纹扩展的因素起主导作用,导致寿命缩短;当△t较长时,则反之.     

稀土氮碳硼共渗对45钢疲劳性能的影响

研究了稀土氮碳硼共渗对45钢疲劳性能的影响。结果表明，稀土氮碳硼共渗处理后，45钢疲劳寿命显著提高，裂纹形成延迟，裂纹扩展速度降低。表面出现残余压应力和表面硬度提高是稀土氮碳硼共渗处理改善45钢疲劳性能的主要原因。     

不同温度时效后17-4PH不锈钢的高周腐蚀疲劳性能

对17-4PH不锈钢进行固溶+稳定化+时效处理,分析了568 ℃和605 ℃两种温度时效后17-4PH不锈钢的显微组织、硬度、裂纹扩展速率、腐蚀疲劳断口以及疲劳极限。结果表明:时效温度为568 ℃的17-4PH不锈钢疲劳极限相对于605 ℃时效温度的疲劳极限明显提高,其疲劳裂纹扩展门槛值高于605 ℃的,疲劳扩展速率明显低于605 ℃的。两种温度时效后钢的疲劳断口均属于解理断裂。     

20G和2．25Cr—1Mo钢氢蚀后的疲劳性能

对２０Ｇ和２．２５Ｃｒ－１Ｍｏ钢经不同程度氢蚀后的常规力学性能与疲劳裂纹扩展行为进行了对比研究。并对氢蚀组织变化与裂纹扩展路径进行了显微观察。结果表明，氢蚀使２０Ｇ钢的疲劳裂纹扩展速率明显增大；扩展门槛值在氢蚀起始阶段显著降低，随后又呈增加趋势，对２．２５Ｃｒ－１Ｍｏ钢，由于元素Ｃｒ，Ｍｏ的作用，其氢蚀程度远低于２０Ｇ钢，从而未造成疲劳裂纹扩展速率的明显改变，分析表明，氢蚀后疲劳裂纹扩展门槛值的上升可以归因于曲折开裂路径造成裂纹闭合效应的增加。     

20G和2.25Cr—1Mo钢氢蚀后的疲劳性能

对２０Ｇ和２．２５Ｃｒ－１Ｍｏ钢经不同程度氢蚀后的常规力学性能与疲劳裂纹扩展行为进行了对比研究。并对氢蚀组织变化与裂纹扩展路径进行了显微观察。结果表明，氢蚀使２０Ｇ钢的疲劳裂纹扩展速率明显增大；扩展门槛值在氢蚀起始阶段显著降低，随后又呈增加趋势。对２．２５Ｃｒ－１Ｍｏ钢，由于元素Ｃｒ、Ｍｏ作用，其氢蚀程度远低于２０Ｇ钢，从而未造成疲劳裂纹扩展速率的明显改变。分析表明，氢蚀后疲劳裂纹扩展门槛值的上升     

Cr-Mo-V系高强度钢的疲劳断裂行为

采用旋转弯曲疲劳和疲劳裂纹扩展实验研究一种新型Cr-Mo-V系高强度钢在不同回火温度下的疲劳破坏行为.结果表明,Cr-Mo-V系高强度钢的旋转弯曲疲劳极限σ-1与抗拉强度Rm的比值σ-1/Rm随回火温度的升高而增加.在相同的强度水平下,实验钢的疲劳极限高于商业42CrMo钢.对疲劳断口裂纹源的分析表明,实验钢的疲劳裂纹主要起源于钢中的非金属夹杂物.采用C-T试样测定疲劳裂纹扩展速率的实验结果表明,Cr-Mo-V系高强度钢疲劳裂纹扩展第二阶段的扩展速率随回火温度升高而有所降低.在1500 MPa强度水平下,实验钢的疲劳裂纹扩展速率低于42CrMo钢.