耐熱鋼的高溫松弛與蠕變關(guān)系的研究及應(yīng)用.pdf

1、在現(xiàn)代工業(yè)中，高溫、高壓設(shè)備應(yīng)用的日益廣泛以及其逐漸向更高溫度、更大壓力方向發(fā)展的趨勢(shì)迫使人們快速開發(fā)新的可適用材料，同時(shí)也使人們更為關(guān)注服役材料的安全性。持久性能是保證材料安全服役的重要指標(biāo)，通常采用蠕變持久實(shí)驗(yàn)的方法來獲得，但是該方法存在著周期長(zhǎng)、材料需要量大、能耗高等缺點(diǎn)，制約著人們對(duì)材料蠕變性能的快速認(rèn)知，進(jìn)而降低新材料的研發(fā)速度。因此，迫切需要一種快速且準(zhǔn)確的持久性能預(yù)測(cè)方法。應(yīng)力松弛實(shí)驗(yàn)作為一種蠕變信息的快速獲得方法，可以用

2、于快速的分析材料的蠕變持久性能。基于此，本文以具有典型BCC和FCC晶體結(jié)構(gòu)的數(shù)種耐熱鋼材料為研究對(duì)象，分別開展了應(yīng)力松弛實(shí)驗(yàn)和蠕變持久實(shí)驗(yàn)，探討了應(yīng)力松弛過程中的蠕變速率（稱為松弛蠕變速率，(ε)SRT）與恒載荷蠕變的最小蠕變速率((ε)min）的關(guān)系及相關(guān)因素的影響作用，分析了穩(wěn)態(tài)松弛蠕變和穩(wěn)態(tài)恒載荷蠕變的變形機(jī)制，并提出了基于材料的應(yīng)力松弛行為快速且高精度的預(yù)測(cè)持久性能的方法。
　　研究發(fā)現(xiàn)，材料的松弛蠕變速率與最小蠕變速率

3、的大小關(guān)系較為復(fù)雜，受材料、溫度(T)和應(yīng)力(σ）等因素影響作用較大。其中，材料因素的影響作用主要在于兩種穩(wěn)態(tài)蠕變階段的微觀組織差異，與材料晶體結(jié)構(gòu)類型關(guān)系不大;當(dāng)溫度條件為T/Tm≥0.60且應(yīng)力條件為σ/σ0.2≤0.40時(shí)，不同材料都表現(xiàn)出(ε)min與穩(wěn)態(tài)(ε)SRT大小相接近現(xiàn)象，超出這個(gè)條件范圍的(ε)min與穩(wěn)態(tài)(ε)SRT大小關(guān)系則較為復(fù)雜。與此同時(shí)，本文也提出了穩(wěn)態(tài)松弛蠕變速率與最小蠕變速率的相互轉(zhuǎn)化模型，并在多種材料

4、中得到了驗(yàn)證。通過分析數(shù)種材料在穩(wěn)態(tài)松弛蠕變階段和穩(wěn)態(tài)恒載荷蠕變階段的應(yīng)力指數(shù)、表觀激活能和表觀激活體積的大小，本文認(rèn)為:(ε)min與穩(wěn)態(tài)(ε)SRT大小相近現(xiàn)象的產(chǎn)生與冪律失效蠕變無關(guān)，而與位錯(cuò)攀移、粘滯性滑移和擴(kuò)散蠕變等應(yīng)力指數(shù)較低的冪律蠕變有關(guān);穩(wěn)態(tài)松弛蠕變過程中表觀激活體積隨應(yīng)力降低而增大的現(xiàn)象表明低應(yīng)力的穩(wěn)態(tài)松弛蠕變行為對(duì)熱激活運(yùn)動(dòng)依賴性較強(qiáng)。另外，Tm為熔點(diǎn)絕對(duì)溫度，σ0.2為發(fā)生0.2％塑性應(yīng)變時(shí)的屈服應(yīng)力。
　　

5、在預(yù)測(cè)持久性能方面，傳統(tǒng)的基于蠕變持久實(shí)驗(yàn)的斷裂時(shí)間數(shù)據(jù)和最小蠕變速率數(shù)據(jù)的方法在預(yù)測(cè)結(jié)果上相差不大，但是僅采用時(shí)間相對(duì)較短的蠕變持久實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來預(yù)測(cè)的持久性能可能與真實(shí)蠕變數(shù)據(jù)差異較大，這意味著傳統(tǒng)方法在高精度預(yù)測(cè)材料持久性能時(shí)較為依賴于長(zhǎng)時(shí)間的蠕變持久實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。而通過應(yīng)力松弛實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)合少量的高應(yīng)力蠕變持久實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方法可以高精度的預(yù)測(cè)材料的持久性能，其預(yù)測(cè)結(jié)果比僅采用短時(shí)間蠕變持久實(shí)驗(yàn)的傳統(tǒng)預(yù)測(cè)方法具有更高的精度，并且與真實(shí)蠕變數(shù)據(jù)