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蠕變裂紋擴(kuò)展速率的影響因素及測(cè)量

本文簡(jiǎn)單的介紹了影響高溫蠕變裂紋擴(kuò)展速率的主要因素，并簡(jiǎn)單介紹了高溫蠕變裂紋擴(kuò)展長(zhǎng)度的測(cè)量方法，采用Bairoe直流電位法測(cè)量裂紋長(zhǎng)度。

• 定義：

蠕變:在規(guī)定的溫度和恒定力作用下，材料塑性變形隨時(shí)間而增加的現(xiàn)象。

蠕變裂紋擴(kuò)展長(zhǎng)度:疲勞預(yù)制裂紋后進(jìn)行蠕變裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)，可以測(cè)量的橫過(guò)試樣厚度的裂紋長(zhǎng)度就是蠕變裂紋擴(kuò)展長(zhǎng)度。

蠕變裂紋擴(kuò)展速率:（da/dt）

• 影響高溫蠕變裂紋擴(kuò)展速率的主要因素:

1. 溫度對(duì)蠕變裂紋擴(kuò)展速率的影晌：

溫度對(duì)蠕變裂紋擴(kuò)展速率有明顯的影響,隨著溫度的升高蠕變裂紋擴(kuò)展速率也顯著加快；當(dāng)應(yīng)力強(qiáng)度因子值一定時(shí),蠕變裂紋擴(kuò)展速率隨溫度的增加將會(huì)顯著增加。

1. 蠕變速度對(duì)蠕變裂紋擴(kuò)展速率的影響：蠕變速度對(duì)蠕變裂紋擴(kuò)展有明顯的影響。
2. 腐蝕性介質(zhì)對(duì)蠕變裂紋擴(kuò)展速率的影晌：

腐蝕性介質(zhì)對(duì)蠕變裂紋擴(kuò)展速率有非常明顯的影響，但是，由于腐蝕性介質(zhì)的種類(lèi)非常多，包括：水、水蒸汽、氫等物質(zhì)是加速鋼材中裂紋擴(kuò)展的有害介質(zhì)。

• 如何進(jìn)行在高溫條件下研究高溫蠕變裂紋擴(kuò)展規(guī)律的研究？

考慮到對(duì)電廠汽輪發(fā)電機(jī)組等設(shè)備中重要高溫零部件要求的安全使用壽命，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸、葉輪、汽缸、葉片及緊固件, 燃?xì)廨啓C(jī)的熱端部件, 渦輪盤(pán)及燃燒室等，在運(yùn)行過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生蠕變斷裂，如何進(jìn)行蠕變斷裂方面的研究有效的提高這些高溫服役條件下的零部件的壽命，成為高溫材料開(kāi)發(fā)工作者的一個(gè)課題。

一般為十萬(wàn)小時(shí)國(guó)外甚至有人設(shè)想改為二十萬(wàn)小時(shí), 這就要求在一定溫度、一定應(yīng)力

和一定介質(zhì)聯(lián)合作用下, 帶裂紋的高溫構(gòu)件莊使用十萬(wàn)小時(shí)或某規(guī)定時(shí)間后蠕變裂紋

仍不開(kāi)始擴(kuò)展, 或者擴(kuò)展的達(dá)率極其緩慢, 而且在所規(guī)定的范圍以?xún)?nèi), 這樣才可以認(rèn)為構(gòu)件是安全的。基于這個(gè)觀點(diǎn), 需要確定在高溫持久應(yīng)力和腐蝕性介質(zhì)聯(lián)合作用下帶有裂紋的構(gòu)件材料的裂紋開(kāi)裂條件, 也就是需要測(cè)定蠕變裂紋處的“ 應(yīng)力腐蝕界限應(yīng)力強(qiáng)度因子”K_ISCCC值, 作為高溫蠕變裂紋起始開(kāi)裂判據(jù), 即K_I<K_ISCC 時(shí)蠕變裂紋不擴(kuò)展, 當(dāng)K_I>K_ISCC時(shí)蠕變裂紋就擴(kuò)展。

因此，設(shè)法把斷裂力學(xué)有關(guān)概念及參數(shù)用來(lái)描述高溫構(gòu)件在持久應(yīng)力和腐蝕性介質(zhì)聯(lián)合作用下的蠕變裂紋擴(kuò)展規(guī)律及斷裂狀況, 其目的在于按照上述蠕變裂紋擴(kuò)展規(guī)律的特性, 對(duì)帶有裂紋的高溫構(gòu)件的安全性進(jìn)行合理評(píng)價(jià), 提出以蠕變裂紋起始開(kāi)裂條件和蠕變裂紋擴(kuò)展速率的極限值來(lái)進(jìn)行定量估計(jì)的方法, 從而為高溫構(gòu)件提供抵抗蠕變裂紋擴(kuò)展斷裂判據(jù)。Bairoe 可以提供DCPD測(cè)量裝置進(jìn)行蠕變裂紋擴(kuò)展速率的研究。

• 蠕變裂紋擴(kuò)展長(zhǎng)度的測(cè)量方法：

可采用金屬緊湊拉伸（CT）試樣施加恒定載荷，測(cè)定蠕變裂紋擴(kuò)展速率da/dt，并給出da/dt和裂紋參量C（t）的關(guān)系。

蠕變裂紋擴(kuò)展長(zhǎng)度采用直流電位方法。

裂紋長(zhǎng)度分辨力：1µm（根據(jù)擴(kuò)展速率曲線(xiàn)決定）；