耐熱鋼的高溫松弛與蠕變關系的研究及應用.pdf

1、在現(xiàn)代工業(yè)中，高溫、高壓設備應用的日益廣泛以及其逐漸向更高溫度、更大壓力方向發(fā)展的趨勢迫使人們快速開發(fā)新的可適用材料，同時也使人們更為關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，通常采用蠕變持久實驗的方法來獲得，但是該方法存在著周期長、材料需要量大、能耗高等缺點，制約著人們對材料蠕變性能的快速認知，進而降低新材料的研發(fā)速度。因此，迫切需要一種快速且準確的持久性能預測方法。應力松弛實驗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?；诖?，本文以具有典型BCC和FCC晶體結構的數(shù)種耐熱鋼材料為研究對象，分別開展了應力松弛實驗和蠕變持久實驗，探討了應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）的關系及相關因素的影響作用，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制，并提出了基于材料的應力松弛行為快速且高精度的預測持久性能的方法。
　　研究發(fā)現(xiàn)，材料的松弛蠕變速率與最小蠕變速率

3、的大小關系較為復雜，受材料、溫度(T)和應力(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，與材料晶體結構類型關系不大;當溫度條件為T/Tm≥0.60且應力條件為σ/σ0.2≤0.40時，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，超出這個條件范圍的(ε)min與穩(wěn)態(tài)(ε)SRT大小關系則較為復雜。與此同時，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化模型，并在多種材料

4、中得到了驗證。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力指數(shù)、表觀激活能和表觀激活體積的大小，本文認為:(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，而與位錯攀移、粘滯性滑移和擴散蠕變等應力指數(shù)較低的冪律蠕變有關;穩(wěn)態(tài)松弛蠕變過程中表觀激活體積隨應力降低而增大的現(xiàn)象表明低應力的穩(wěn)態(tài)松弛蠕變行為對熱激活運動依賴性較強。另外，Tm為熔點絕對溫度，σ0.2為發(fā)生0.2％塑性應變時的屈服應力。
　　

5、在預測持久性能方面，傳統(tǒng)的基于蠕變持久實驗的斷裂時間數(shù)據(jù)和最小蠕變速率數(shù)據(jù)的方法在預測結果上相差不大，但是僅采用時間相對較短的蠕變持久實驗數(shù)據(jù)來預測的持久性能可能與真實蠕變數(shù)據(jù)差異較大，這意味著傳統(tǒng)方法在高精度預測材料持久性能時較為依賴于長時間的蠕變持久實驗數(shù)據(jù)。而通過應力松弛實驗數(shù)據(jù)結合少量的高應力蠕變持久實驗數(shù)據(jù)的方法可以高精度的預測材料的持久性能，其預測結果比僅采用短時間蠕變持久實驗的傳統(tǒng)預測方法具有更高的精度，并且與真實蠕變數(shù)據(jù)