锆合金薄壁细管的单调拉伸与低周疲劳试验研究

利用自行研制的高温夹具完成了Zr-1Nb合金和Zr-4合金薄壁短管试样不同温度下的单调拉伸和375℃下的等幅低周疲劳试验,获得了两种锆合金的单调和循环本构关系及Manson-Coffin寿命估算模型。研究结果表明：Zr-1Nb合金和Zr-4合金的弹性模量、屈服强度、抗拉强度以及应变硬化程度明显下降。随着温度的升高,温度对Zr-4合金的应变硬化程度的影响逐渐减弱;应变速率对Zr-4合金的拉伸性能的影响微弱。在等幅应变循环过程中,Zr-4合金表现为循环硬化,应变幅越低,硬化现象越明显;Zr-1Nb在较低应变幅下表现为循环硬化特性,而在较高应变幅下表现为循环软化。相对于单调拉伸行为,Zr-4合金在不同温度下的循环行为均表现出明显的强化特性。     

Zr-4合金小试样高温疲劳行为研究

基于Zr-4合金漏斗薄片小试样,完成了室温和400℃高温下的等幅横向应变循环与应变疲劳试验.根据弹塑性有限元分析,建立了基于局部应变等效的应变换算方法,并结合实验结果,得到了估算Zr-4合金应变疲劳寿命的Manson-Coffin模型.结果表明:低应变幅下,Zr-4合金表现出循环软化特征;高应变幅下,Zr-4合金表现出循环强化特征.高温严重降低了低应变幅下Zr-4合金的疲劳寿命,随着应变幅增加,温度影响趋弱.分析表明,基于传统应变转换公式的M-C模型用于估算疲劳寿命偏于保守.     

N18锆合金的单轴拉伸和应力松弛性能

本工作试验研究20~700℃、不同应变加载速率下N18锆合金的单轴拉伸和应力松弛性能。结果表明,N18合金的单轴拉伸应力-应变曲线出现明显的屈服拐点,且温度低于500℃时呈现后继屈服强化,高于500℃后又呈后继屈服软化。除横向试样的断面收缩率高于轧向试样外,试样取向对N18合金的单轴性能影响不大。温度低于300℃时,N18合金的应变速率敏感性受温度的影响不大;350℃时,N18合金的敏感系数达到最小值,其后,对应变速率的敏感性随着温度的升高逐渐增强。N18合金在不同温度和应变水平下均产生明显的应力松弛。在300℃以内,最大应力松弛程度受温度影响较小,且随应变水平的增大明显降低;在350~550℃范围内,应变水平越高,对应的最大应力松弛程度越大;N18合金的最大松弛程度在350℃附近出现最小值。在350~450℃范围内,N18合金表现出明显的动态应变时效特性。     

Zr-4合金低周疲劳特性研究

研究了再结晶态Zr-4合金板材在室温和400 ℃下的低周疲劳特性.Zr-4合金在室温下的循环变形行为与应变幅有关,当应变幅小于0.8%时,表现为循环软化;应变幅大于0.8%时,表现为循环硬化.在400 ℃下均表现为循环硬化.合金在室温和400 ℃下,均遵循Coffin-Manson关系.在低应变幅下,室温的低周疲劳性能明显优于400 ℃下的低周疲劳性能,随着应变幅的增加,两者寿命趋于接近.用扫描电子显微镜观察分析了合金在室温和400 ℃下的疲劳断口特征.     

Zr-Sn-Nb薄片合金高温低周疲劳行为

采用Zr-Sn-Nb合金薄片漏斗试样,完成了室温和500℃高温下的低周疲劳试验,提出基于漏斗根部节点轴向应变的疲劳损伤等效假设。根据有限元分析,建立了Zr-Sn-Nb合金室温和高温下薄片漏斗试样测试应变到漏斗根部轴向应变的转换模型。结合低周疲劳试验结果,建立了在室温和500℃高温条件下用于估算Zr-Sn-Nb合金疲劳寿命的Manson-Conffin模型。结果表明:Zr-Sn-Nb合金具有循环稳定性;高温严重影响了Zr-Sn-Nb合金低应变幅下的疲劳寿命,随着应变幅的增加,温度影响趋弱。     

不同热处理状态Zr－4合金的疲劳变形机理探讨

测定了不同热处理状态下室温和４００℃时Ｚｒ－４合金的常规力学性能和低周疲劳性能数据。借助于透射电子显微镜观察了疲劳变形亚结构。结果表用：相同循环应变幅下，室温和４００℃下再结晶试样有较好的低周疲劳性能。｛１０１０｝柱面滑移是Ｚｒ－４主要变形方式；高温、高循环应变幅条件下，则可能使锥面滑移被激活。室温下典型的疲劳亚结构是平行的位错线，４００℃下消除应力试样形成了短形位错胞，再结晶试样则形成了拉长的位错胞和垂直分布的位错偶。最后讨论了Ｚｒ－４的疲劳机理。     

N18锆合金的低周疲劳行为

在不同试验温度（室温～500℃）下,对N18合金进行了低周疲劳试验。试验结果表明：室温～300℃温区,合金表现为明显的循环软化;400、450℃时,合金逐渐呈现循环硬化,450℃时其硬化现象更为明显;500℃时则主要表现为循环饱和。随着温度的升高,疲劳寿命先增加后降低,300℃时疲劳寿命最高。低应变幅下,温度对疲劳寿命的影响更明显。通过疲劳断口SEM分析,室温下疲劳起源于单个裂纹源,疲劳裂纹扩展阶段的微观特征主要是疲劳条纹,局部区域出现轮胎状花样。在高温下为多裂纹源,大量二次裂纹的存在是高温疲劳断口的主要特征。     

不同热处理状态Zr—4合金的疲劳变形机理探讨

测定了不同热处理状态下室温和４００℃时Ｚｒ－４合金的常规力学性能和低周疲劳性能数据。借助于透射电子显微镜观察了疲劳变形亚结构。结果表明：相同循环应变幅下，室温和４００℃下再结晶试样有较好的低周疲劳性能。｛１０１＾－０｝柱面滑移旬Ｚｒ－４主要变 形方式；高温、高循环应变幅条件下，则可能使锥面滑移被激活。室温下典型的疲劳亚结构是平行的位错线，４００℃下消除应力试样形成了矩形位错胞，再结晶试样则形成了拉     

平均应变对0Cr18Ni10Ti钢随机循环应力-应变关系的影响规律

试验研究了平均应变对0Cr18Ni10Ti管道钢随机循环应力．应变关系的影响规律从节约试样和试验费用角度，提出了改进的极大似然疲劳试验法，以应变比分别为-1、-0．52、-0．22、0．029．0．18和0．48完成了104个试样的应变控制疲劳试验。揭示出材料具有Masing行为和完全平均应力松弛特征，现有平均应变理论无法表征其影响。因此．首先基于Ramberg-Osgood方程，应用广义极大似然法有效地测定出各应变比的材料随机循环应力-应变关系。通过比较各应变比的循环应力幅均值、循环应力幅均方差和概率循环应力幅，揭示出高可靠性管理时．平均应变具有降低循环应力幅作用，应变比接近0时最显著．偏离逐渐减弱，说明了研究平均应变效应．仅考虑均值．可能给出错误评价；必须综合考虑均值、均方差和样本量3因素才能给出合理评价。     

锆合金包壳I-SCC性能评价

对N36、Zr-4、X锆合金包壳管环形试样在350、400℃下施加周向拉伸载荷,研究N36锆合金包壳管在10~2 Pa、10~3 Pa、10~4 Pa碘分压、Zr-4及X试样在102Pa碘分压下的碘致应力腐蚀开裂行为。研究发现:在350、400℃下以最大载荷为指标时,N36、Zr-4及X试样在一定碘分压环境中均会发生不同程度的碘致应力腐蚀开裂,断裂能量迅速下降;在相同试验条件下,N36试样的最大载荷和断裂能量下降最慢。     

316L不锈钢室温和高温单轴循环行为实验研究

对316L不锈钢分别进行了室温、高温单轴应变控制和应力控制下的系统循环试验,揭示和分析了循环应变幅值、为幅值历史以及温度历史对应变循环特性的影响以及应力幅值、平均应力和温度及其历史对循环棘轮行为的影响。研究表明,无论是单轴应变循环特性是还是非对称单轴应力下的棘轮效应不仅依赖于当前温度和加载状态,而且还于温度和加载的历史,并得到了关于316L不锈钢室温和高温单轴循环行为的若干有意义的结果。     

基于一元应力参量的钛合金T225NG单轴棘轮演化模型研究

基于T225NG钛合金的单轴常温棘轮试验，本文研究了峰值棘轮应力对T225NG钛合金棘轮应变的影响。试验结果表明，常温单轴应力循环条件下材料棘轮应变随峰值棘轮应力的变化关系为一簇类线性的变化曲线，存在常值棘轮应力门槛值，峰值棘轮应力与该门槛值的关系可决定材料是否产生棘轮变形。由此，建立了一套一元应力能量控制的T225NG钛合金棘轮应变演化模型。该模型建模容易，适合棘轮应变预测的工程应用。     

国产316LN不锈钢在模拟AP1000一回路水环境中的疲劳行为

一回路水环境下的疲劳性能是核电站主管道设计寿命评估的重要参数。针对国产主管道材料316LN开展了模拟AP1000一回路水环境的低周疲劳试验,分析了疲劳行为和失效机理。研究结果表明:国产316LN峰值应力随应变幅的增大而增大,大应变幅试样在疲劳过程中先后发生了循环硬化、循环软化和失稳,而小应变幅试样在失稳前未发生明显的循环硬化和循环软化;在应变幅由0.2%逐渐增加至1.2%的过程中,疲劳周次从105逐渐降低至102;疲劳断口具有典型的疲劳断口特征,裂纹萌生于试样表面,以穿晶方式垂直于主应力方向扩展,裂纹扩展区具有典型的疲劳辉纹,辉纹上有菱形颗粒状腐蚀产物,环境辅助开裂机制倾向于氢致开裂。     

Low cycle fatigue properties of CLAM steel at room temperature

The low cycle fatigue (LCF) properties and the fracture behavior of China Low Activation Martensitic (CLAM) steel have been studied over a range of total strain amplitudes from 0.2 to 2.0%. The specimens were cycled using tension-compression loading under total strain amplitude control. The CLAM steel displayed initial hardening followed by continuous softening to failure at room temperature in air. The relationship between strain and fatigue life was predicted using the parameters obtained from fatigue test. The factors effecting on low cycle fatigue of CLAM steel consisted of initial state of matrix dislocation arrangement, magnitude of cyclic stress, magnitude of total strain amplitude and microstructure. The potential mechanisms controlling the stress response, cyclic strain resistance and low cycle fatigue life have been evaluated.     

High temperature creep and cyclic deformation behaviour of AISI 316 L(N) austenitic steel and its modelling with unified constitutive equations

Creep tests at constant stress and low cycle fatigue (LCF) tests were performed with a view to investigating and modelling the deformation behaviour of AISI 316 L(N) austenitic stainless steel at 700 °C. All experiments were done on samples taken from two different sheets of the same batch of material.The creep stresses were selected from the high stress range. The results obtained from creep tests on samples from different sheets are compared with each other. The differences between them and the results of a creep test carried out at constant load are indicated.The LCF experiments were strain controlled. The effects of strain rate and strain amplitude on the cyclic hardening behaviour were investigated.The parameters of a set of constitutive equations are determined from these data. The quality of the parameter fit is discussed.     

304不锈钢的单轴棘轮变形与失效行为研究

对304不锈钢在室温下进行了单轴应变控制下的应变棘轮变形与失效以及低周疲劳试验研究,系统地揭示了材料在循环过程中的材料变形与失效行为。研究表明：材料的应变棘轮变形与失效既不同于单轴拉伸,也不同于相同应变幅值下的对称应变循环加载时的变形与失效,而是强烈地依赖于应变幅值与每一循环周次在最大拉应变处的应变增加量。观察到了一些有意义的结果,     

A simple approach for the modeling of an ODS steel mechanical behavior in pilgering conditions

The optimization of the forming of ODS tubes is linked to the choice of an appropriated constitutive model for modeling the metal forming process. In the framework of a unified plastic constitutive theory, the strain-controlled cyclic characteristics of a ferritic ODS steel were analyzed and modeled with two different tests. The first test is a classical tension–compression test, and leads to cyclic softening at low to intermediate strain amplitudes. The second test consists in alternated uniaxial compressions along two perpendicular axes, and is selected based on the similarities with the loading path induced by the Fe–14Cr–1W–Ti ODS cladding tube pilgering process. This second test exhibits cyclic hardening at all tested strain amplitudes. Since variable strain amplitudes prevail in pilgering conditions, the parameters of the considered constitutive law were identified based on a loading sequence including strain amplitude changes. A proposed semi automated inverse analysis methodology is shown to efficiently provide optimal sets of parameters for the considered loading sequences. When compared to classical approaches, the model involves a reduced number of parameters, while keeping a good ability to capture stress changes induced by strain amplitude changes. Furthermore, the methodology only requires one test, which is an advantage when the amount of available material is limited. As two distinct sets of parameters were identified for the two considered tests, it is recommended to consider the loading path when modeling cold forming of the ODS steel.