新锆合金低周疲劳特性研究

采用薄壁管材试样,对f9.50.57mm规格的2种新型锆合金管材进行了5个应变水平下的低周疲劳实验,且对其中的两个应变水平做了统计分析。对实验数据处理后,得到了管材的Det-N关系曲线和疲劳拟合曲线方程。并对管材在不同应变水平的低周疲劳断口做了金相和SEM分析,讨论了新型锆合金薄壁管材的低周疲劳断裂机理。     

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。     

锆合金的低周疲劳行为及其机理

锆合金的低周疲劳寿命遵循Coffin-Manson关系NβfΔεp=C1 .冶金状态、试验条件等皆影响锆合金的低周疲劳寿命.疲劳裂纹易在塑性应变不协调的区域形核,其扩展速率可用Paris公式表示为dα/dN=C2(ΔK)n .循环变形中的流变应力可分为摩擦应力和背应力.锆合金在循环变形中所呈现出的循环硬化、软化以及循环饱和状态主要取决于试验温度和应变幅,其作用机制各不相同.位错线、位错条带、胞结构和迷宫结构是锆合金低周疲劳典型的位错组态.     

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.     

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。     

新锆合金疲劳性能研究

研究了两种新锆合金Zr-1Sn-0.3Nb-0.3Fe-0.1Cr(1#合金) 、 Zr-1Sn-1Nb-0.4Fe(2#合金)的疲劳特性.结果表明,2#合金的低周疲劳性能优于1#合金的低周疲劳性能.     

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。     

锆-4合金低周疲劳裂纹扩展图像特征分析

对锆-4合金低周疲劳裂纹扩展过程分形特征和熵特征进行了初步的研究.通过分析锆-4合金低周疲劳裂纹扩展方向上分形维数和熵变化趋势,发现在裂纹扩展期,锆-4合金断口的分形维数和熵的变化有明显的分段性,并且4个方向的分段区间不相同.沿裂纹扩展方向,锆-4合金断口低频近似信号、垂直高频信号的复杂度逐渐降低,而水平高频信号、对角高频信号则在扩展期中期最复杂.     

管道结构焊接头240℃低周疲劳试验裂纹萌生寿命的统计分布

从总体拟合效果,与疲劳物理的一致性和尾部预测的性角度,研究了可能的４种假设分布对管道结构焊接试样２４０℃低周疲劳裂纹萌生寿命数据的拟合效果。结果表明;三参数Ｗｅｉｂｕｌｌ分布总体拟合效果最好,但由于其３参量可能出现小于１的情况,不符合疲劳物理要求;其尾部大多数情况可能给出非保守估计,不是一种良好的假设分布。     

基于虚拟应力幅的低周疲劳可靠性分析

提出了基于虚拟应力幅的低周疲劳可靠性分析方法。其中,考虑了应力－应变行为的随机性,建议了基于概率的修正Ｒａｍｂｅｒｇ－Ｏｓｇｏｏｄ应力－应变关系,以适于冶金质量不好或难以控制如焊缝金属类材料的可靠性分析;采用了基于虚拟应力幅的分析,以与现有核反应堆压力容器规范相一致。将基于概率的修正Ｒａｍｂｅｒｇ－Ｏｓｇｏｏｄ关系、Ｌａｎｇｅｒ Ｓ－Ｎ模型和Ｎｅｕｂｅｒ局部应力－应变准则相结合,提出的方法可用于给     

锆合金与不锈钢过渡管接头的爆炸焊接

研究了Ｚｒ－２－不锈钢和Ｚｒ２．５Ｎｂ－不锈钢两种过渡管接头的爆炸焊接工艺,检验了焊接结构区组织,测试了力学性能,指出了这种管接头在核工程中的良好应用前景。     

Zr-Sn-Nb合金薄板焊后组织和力学性能研究

采用维氏硬度计和万能材料试验机进行了Zr-Sn-Nb合金薄板焊后的显微硬度、拉伸及循环变形试验,用金相显微镜和场发射扫描电镜分别分析了显微组织和断口特征。结果表明:焊缝熔合区(FZ)形成前β晶界包围的α′组织,热影响区(HAZ)基本为α+α′两相组织;FZ的硬度最高,HAZ硬度稍低,但均高于母材区(BM);FZ的抗拉强度要高于BM,但塑性降低;在高应变条件下,焊接试样的循环变形行为与母材差异明显。     

国产508—Ⅲ钢低周疲劳和动态断裂韧度试验研究

５０８－Ⅲ钢是国际上核一级压力容器常用的材料,但国产５０８－Ⅲ钢的疲劳和断裂性能尚未见报导。本文研究了国产５０８－Ⅲ钢锻件的低周疲劳和动态断裂韧度。通过试验,得到了５０８－Ⅲ钢的设计疲劳曲线和ｋｋｌ－（Ｔ－ＲＴＮＤＴ）曲线,并与ＡＳＭＥ规范和ＲＣＣ－Ｍ规范相应的基准曲线进行了比较。     

核电厂主管道材料低周疲劳寿命预测方法评价

采用总应变控制方法,对压水堆核电厂主管道国产材料Z3CN20.09M进行了室温与350℃温度下的低周疲劳试验研究,获得了材料的疲劳寿命演化规律。采用Manson-Coffin方程、单拉估算模型、拉伸滞后能寿命模型和三参数幂函数公式对该材料的低周疲劳数据进行了拟合。通过寿命预测结果比较发现,除单拉估算模型外,其他几种模型对350℃高温下疲劳寿命的预测结果分散性明显高于室温疲劳。在众多模型之中,单拉估算模型拟合效果较差且预测寿命偏于非保守,而室温下拉伸滞后能法预测精度相对较高,350℃下则采用三参数幂函数法获得的预测效果更好。     

考虑温度效应的钛合金钢低周疲劳行为研究

完成了在室温与３５０℃高温下国产新材料Ｔ４２ＮＧ和Ｔ２２５ＮＧ钛合金钢的拉伸与低周疲劳系列试验研究,获得了四个单调Ｒ－Ｏ本构模型和四个Ｍ－Ｃ寿命估算模型。以这些模型为基础,系统地研究了材料的循环强化与软化规律,研究了温度系数λσ、λ△σ和λＮｆ对材料静强度、循环强度和低周疲劳规律的影响效应。根据温度对寿命的影响系数λＮｆ与应变幅△ε／２呈线性规律这一重要发现,提出考虑了温度效应、用于高温低周疲劳寿     

SCWR候选不锈钢的低周疲劳性能研究

采用MTS材料试验机研究316Ti、347和HR3C奥氏体不锈钢在650℃和室温下±0.5%应变幅的低周疲劳性能,并采用扫描电镜对试验后样品进行断口分析。结果表明,347和HR3C不锈钢在室温下疲劳寿命较高,347不锈钢在650℃疲劳寿命也较高。3种材料在两种温度下的弹性变形量均在0.1%～0.15%之间,且滞后回线面积变化不大,这表明弹性变形量与疲劳寿命高低无直接联系。3种材料在两种温度下呈现出不同的循环硬化/饱和行为,316Ti不锈钢的650℃峰值应力与室温峰值应力无明显变化,而HR3C和347不锈钢的差别较大,但316Ti不锈钢的650℃循环硬化效应显著,347不锈钢的硬化效应较低。在650℃低周疲劳试验后,347不锈钢样品断口表面的疲劳条带间距仅为1.87μm,而对于316Ti和HR3C不锈钢则分别达到4.67μm和3.0μm,进一步表明347不锈钢在650℃的疲劳寿命最高。     

N18合金薄壁管高温应变循环与疲劳行为研究

应用新型自研夹具对N18合金薄壁短管进行400℃下的单轴拉伸和等幅低周应变疲劳试验。试验结果表明：N18短管高温循环应力应变滞回线有良好对称性；等幅循环下短管试样在较低应变幅下表现出循环硬化特性，而在较高应变幅下表现出循环软化；在多级应变循环加载下短管试样应力幅在循环中均保持稳定，循环本构关系不受多级应变循环工况差异的影响；材料循环特性不符合Manson律。获得了用于N18合金在400℃高温下的几个寿命估算式。     

φ14×2.0 Ti-Al-Zr钛合金管材的高温低周疲劳性能研究

采取径向应变控制法,用MTS对φ14×2.0的Ti-Al-Zr钛合金管材在350℃下进行了不同应变量的高温低周疲劳性能试验。将试验数据按Coffin-Manson公式拟合成疲劳曲线方程,并对%0.1=Dte和1.5%下的试验数据按双参数Weibull分布函数进行了统计处理。对各样品的高温低周疲劳断口作了SEM分析和断口附近的组织进行了金相分析后得出了该种钛合金管材的高温低周疲劳机理。     

316不锈钢室温和350℃低周疲劳性能研究

采用MTS材料试验机研究作为反应堆结构材料的316奥氏体不锈钢母材在350℃和室温,以及焊缝在室温,±0.3%~1.5%应变幅的低周疲劳性能试验,并采用扫描电镜对试验后样品进行了断口分析。研究结果表明,316不锈钢疲劳性能较好,室温下疲劳寿命高出350℃同一应变幅的30%~50%以上,且母材的疲劳寿命显著高出焊缝同一应变幅的一倍以上。随应变幅的增加,材料疲劳寿命相应下降,峰值应力增加。室温下母材和焊缝均呈现出随循环周次增加、峰值随应力逐渐下降的规律。母材在高温下,随应变幅的增加,逐渐由循环硬化过渡到饱和行为。低周疲劳试验后,断口表面可观察到裂纹源和疲劳条带。随应变幅增加,疲劳条带间距增大,且同一应变幅下,焊缝的间距大于母材,高温的疲劳间距大于室温,与疲劳试验结果相吻合。     

国产A508-3钢的低周疲劳性能研究

结合承担的973课题,系统开展了国产A508-3钢的低周疲劳性能研究。其目的是通过低周疲劳性能测试、显微硬度计算、断口形貌观察以及微观结构分析,获得材料的疲劳性能数据,评价国产A508-3钢的疲劳性能,并为下一步辐照性能的研究提供数据基础。研究结果表明,国产A508-3钢的低周疲劳性能符合ASME的设计规范,具有循环软化的特征。