P92钢在蠕变-疲劳交互作用下的裂纹扩展行为研究

摘要

随着我国工业的发展，许多大型设备长期在高温、高压工况下服役，往往这些设备和容器承受较高的温度和复杂载荷作用，它们的典型失效形式主要为疲劳、蠕变及蠕变-疲劳交互。材料在蠕变-疲劳交互作用下的损耗与破坏，不仅仅是单纯的蠕变或者疲劳所造成的，因此若单纯从蠕变或者疲劳方式研究材料的失效行为，已经不能满足材料的可靠性研究。为保证高温结构结构完整性，研究高温蠕变-疲劳交互作用下的裂纹扩展具有重要意义。本文主要以 P92耐热钢为研究对象，开展了P92钢在630℃下蠕变-疲劳裂纹扩展试验研究，主要工作和结论如下：
　　(1)基于所建立的蠕变-疲劳裂纹扩展试验系统，进行了P92钢在630℃下的应力控制的蠕变-疲劳裂纹扩展试验，研究不同保载时间、试样厚度与裂纹深度对蠕变-疲劳裂纹扩展行为的影响，研究发现，随着保载时间的增大，裂纹初始扩展阶段与稳定扩展阶段所占比例逐渐增加，在同一(Ct)avg下，裂纹扩展速率也逐渐增大；在同一tavg(C)下，裂纹深度a0/w为0.35时的裂纹扩展速率最大；厚度7.5mm与10mm对蠕变-疲劳裂纹扩展无影响，其裂纹扩展速率均大于试样厚度为5mm时的裂纹扩展速率。
　　(2)P92钢在高温蠕变-疲劳交互作用下的断口主要表现为蠕变孔洞以及微裂纹；循环载荷作用在晶界产生复杂的应力，使得韧窝、孔洞的成核与聚集程度加强，造成孔洞大而深。微裂纹的形成可能是由于韧窝或蠕变孔洞发生强烈聚集，并快速长大，形成微裂纹。
　　(3)P92钢在蠕变-疲劳交互作用下的断裂属于蠕变韧性断裂，应该用(Ct)avg作为裂纹扩展的断裂参量；ifa-lg(N/N)曲线以及da/dN-N曲线中的拐点，分别对应蠕变-疲劳裂纹萌生区向扩展区转变周次以及扩展区向瞬断区转变的周次
　　(4)根据Saxena线性叠加模型，建立了P92钢在蠕变-疲劳交互下的裂纹扩展速率预测公式，在一定的误差范围内，Saxena线性叠加公式可以较好的预测裂纹扩展速率。

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第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2 P92耐热钢的应用

1.3高温材料的蠕变-疲劳交互特性

1.4蠕变-疲劳交互寿命预测方法

1.5蠕变-疲劳交互作用的国内外研究现状

1.6本文主要研究内容

第二章 试验材料及方法

2.1试验材料

2.2试样尺寸及形状

2.3试验设计

2.4试验设备

2.5试验数据处理

2.6本章小结

第三章 P92钢蠕变-疲劳交互作用下的裂纹扩展行为

3.1高温断裂力学参量的表征

3.2保载时间对蠕变-疲劳交互裂纹扩展的影响

3.3厚度对蠕变-疲劳交互裂纹扩展的影响

3.4试样裂纹深度a0/w对蠕变-疲劳裂纹扩展的影响

3.5蠕变-疲劳交互作用的断裂机理

3.6本章小结

第四章 P92钢蠕变-疲劳交互作用下裂纹扩展速率模型

4.1蠕变-疲劳交互裂纹扩展的预测模型公式

4.2蠕变-疲劳交互作用下的裂纹扩展速率模型

4.3本章小结

第五章 结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

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