小型沖壓蠕變試驗方法研究.pdf

1、小型沖壓蠕變試驗技術(shù)是一種采用微小試樣評價材料的高溫蠕變性能的新方法，該方法具有幾乎無損取樣的優(yōu)勢，非常適用于無法取出傳統(tǒng)試樣或取樣不經(jīng)濟(jì)的場合，將是未來對服役材料進(jìn)行失效預(yù)測與壽命評估的重要方法，在核工業(yè)、航空航天、電力、石油化工等領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。 本文針對小型沖壓蠕變試驗技術(shù)目前存在的問題展開了基礎(chǔ)理論、數(shù)值模擬和試驗應(yīng)用三方面的研究，主要工作和結(jié)論如下：在理論研究方面，本文首先采用薄板彎曲蠕變模型，推導(dǎo)了試樣中心

2、撓度率與外載荷的關(guān)系式，建立了材料蠕變應(yīng)力指數(shù)的計算公式和評價方法；然后采用薄膜拉伸模型，依據(jù)幾何關(guān)系推導(dǎo)了試樣中心撓度與等效應(yīng)變、載荷與等效應(yīng)力的關(guān)系，建立了小型沖壓蠕變試驗與傳統(tǒng)單軸拉伸蠕變實驗結(jié)果之間的關(guān)聯(lián)性。 在數(shù)值模擬研究方面，本文首先建立了小型沖壓蠕變試驗的有限元模型并通過與實驗結(jié)果的比較驗證了模型的正確性；然后基于數(shù)值模擬得到的試樣中心撓度率，結(jié)合外載荷計算得到了12CrlMoV鋼和含Cr9％的鎢合金鋼的蠕變應(yīng)力指

3、數(shù)，通過與輸入?yún)?shù)的比較驗證了材料蠕變應(yīng)力指數(shù)理論公式的有效性；進(jìn)一步通過對試樣變形、應(yīng)力和應(yīng)變狀態(tài)的分析，討論了小型沖壓蠕變試驗有效的機(jī)理；最后，研究了沖壓球與試樣間的摩擦系數(shù)、試樣厚度、沖壓球直徑和下?？字睆降纫蛩貙υ嚇又行膿隙?、等效蠕變應(yīng)變、等效應(yīng)力、最小撓度率以及斷裂時間的影響。分析結(jié)果表明，摩擦對試驗結(jié)果的影響較小，可忽略不計，而試樣厚度、沖壓球直徑和下?？字睆降母淖儗υ囼灲Y(jié)果的影響都很大，因此，在進(jìn)行小型沖壓蠕變試驗時應(yīng)確保

4、試樣和模具幾何尺寸的加工精度。 在試驗應(yīng)用研究方面，本文首先對SUS304不銹鋼在600℃溫度下進(jìn)行了系列小型沖壓蠕變試驗，獲得了試樣中心撓度一時間曲線，該曲線與傳統(tǒng)單軸蠕變實驗的蠕變曲線非常相似。利用本文建立的蠕變應(yīng)力指數(shù)理論公式和實驗結(jié)果，得到SUS304.材料的蠕變應(yīng)力指數(shù)n=8.058，與單軸拉伸蠕變實驗得到的n值(8.297)基本一致，相對誤差為2.9％。這一實驗結(jié)果表明：采用小型沖壓蠕變試驗方法和本文建立的理論公式，

5、可以獲得與傳統(tǒng)單軸實驗有良好一致性的蠕變應(yīng)力指數(shù)。本文進(jìn)一步將小型沖壓蠕變試驗進(jìn)行推廣，首次對陶瓷材料(多孔Si<,3>N<,4>陶瓷)和陶瓷/金屬復(fù)合材料(Si<,3>N<,4>/Ni)進(jìn)行了小型沖壓蠕變試驗，發(fā)現(xiàn)多孔Si<,3>N<,4>陶瓷和Si<,3>N<,4>/Ni復(fù)合材料在一定的溫度下都有非常明顯的蠕變現(xiàn)象，與金屬材料的撓度曲線不同，多孔Si<,3>N<,4>陶瓷和Si<,3>N<,4>/Ni復(fù)合材料試樣中心撓度曲線的第一、

6、第二階段分界并不明顯。利用本文建立的理論公式，多孔Si<,3>N<,4>陶瓷和Si<,3>N<,4>/Ni復(fù)合材料的蠕變應(yīng)力指數(shù)分別為5.19和2.1。本文通過理論研究建立了材料蠕變應(yīng)力指數(shù)的計算公式以及小型沖壓蠕變試驗與傳統(tǒng)單軸拉伸蠕變實驗數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)性，奠定了小型沖壓蠕變試驗的理論基礎(chǔ)。通過數(shù)值模擬研究驗證了理論公式的有效性，并討論了小型沖壓蠕變試驗有效的機(jī)理及各影響因素對實驗結(jié)果的影響。在實驗研究中應(yīng)用本文建立的理論公式獲得了金