微型杯突试验法在评估高温部件力学性能上的研究

摘要

该课题以国内外电站锅炉采用的主力耐热钢种9Cr-1Mo-V-Nb-N钢为研究对象,在测试其常规的室温静力强塑性和动力强韧性以及断裂韧度J<,IC>的基础上,采用微型杯突试验法对其相应的性能指标及其相关关系进行研究,并且对不同破断形式的试验进行了断裂机理分析.研究结果如下:通过对9Cr-1Mo-V-Nb-N钢强度特性的微型杯突试验研究,建立了两种试验方法的相应强度指标之间的经验关系式,并且这些关系式具有很好的线性相关性,其相关系数都大于0.996.这表明完全可以用微型杯突试验的强度指标来预测耐热钢的常规单轴拉伸的强度特性.在研究由微型杯突试验的塑性信息来估算常规单轴拉伸试验的塑性特性时,首次提出了断裂挠度率的概念,并对9Cr-1Mo-V-Nb-N耐热钢而言,获得了两者之间的经验估算式:δ<,5>=0.337δ<,f>-87.64,该方程的相关系数r=0.999985.利用微型杯突试验技术测定9Cr-1Mo-V-Nb-N耐热钢的断裂韧度,尝试建立了微型杯突试验的颈缩挠度d<,u>和J积分试验的表观起裂韧度Ji的经验估算关系,结果显示两者之间符合线性回归方程:lgJ<,i>=48.811g(d<,u>/t<,0>)-24.14式中t<,o>为微试样的原始厚度,该方程的相关系数为r=0.996927.对9Cr-1Mo-V-Nb-N钢在两种试验方法下的断裂机理进行了探讨,结果表明由于应力状态以及加载速率的不同,导致其裂纹萌生和断口特征有巨大差异.9Cr-1Mo-V-Nb-N钢的常规拉伸试验的扫描断口具有典型的杯锥形状,有明显的纤维区、放射区和剪切唇;裂纹的萌生区在试样截面的中心,属于微孔聚集型断裂.而微型杯突试验扫描断口的裂纹源位于试样的外表面,同时在外表面能够看到明显的变形条带;断口基本上只有一个区域——纤维区,可以看到许多拉扁的变形韧窝.

目录

文摘

英文文摘

主要符号表

1绪论

1.1选题背景

1.2高温压力容器和管道运行安全评估及微型试样技术

1.2.1现有的电站等行业高温压力容器及压力管道的运行安全和寿命评估技术

1.2.2微型试样技术简介

1.3微型杯突试验法的研究与发展现状

1.3.1微型杯突试验法试验原理

1.3.2微型杯突试验研究进展及其应用

1.3.3小结和展望

1.4本课题研究的目的和意义

1.5本课题主要研究内容

2.耐热钢的室温静力强塑性的测定

2.1引言

2.2试验材料及方法

2.2.1试验用钢

2.2.2选材依据

2.2.3力学性能试验方法与设备

2.3试验结果及分析

2.3.1取样位置对强度和塑性的影响

2.3.2取样方向对强度和塑性的影响

2.4本章小结

3耐热钢室温动力强韧性的测定

3.1引言

3.2试验材料及设备

3.2.1试验用钢

3.2.2试验设备及方法

3.3试验结果与讨论

3.3.1取样位置对室温动力强韧性的影响

3.3.2取样方向对室温动力强韧性的影响

3.4本章小结

4.耐热钢断裂韧度的测定

4.1引言

4.2试验材料及试验方法

4.2.1试验用钢

4.2.2试验设备及方法

4.3试验结果与讨论

4.4本章小结

5耐热钢强度和塑性的微型杯突试验法评价和估算

5.1引言

5.2试验材料及方法

5.2.1试验用钢

5.2.2试验方法与设备

5.3试验结果及分析

5.3.1微型杯突试验的最大载荷和常规试验的抗拉强度之间的关系

5.3.2微型杯突试验屈服载荷与常规拉伸试验屈服强度之间的关系

5.3.3微型杯突试验和单轴拉伸塑性指标之间的关系

5.4本章小结

6耐热钢断裂韧度的微型杯突试验的估算和评价

6.1引言

6.2试验材料及方法

6.2.1试验用钢

6.2.2试验方法及设备

6.3试验结果及分析

6.3.1微型杯突试验的断裂韧度的估算

6.3.2微型杯突试验的表观起裂韧度Ji的估算

6.4本章小节

7耐热钢常规拉伸和微型杯突试验断裂机制的研究

7.1引言

7.2试验材料及方法

7.2.1试验用钢

7.2.2试验方法及设备

7.3结果及分析

7.3.1耐热钢的常规拉伸试验断裂机理

7.3.2耐热钢的微型杯突试验断裂机制

7.4本章小节

8下一步工作的建议

9结论

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

学位论文知识产权声明

学位论文独创性声明

参考文献