[發(fā)明專利]一種高溫材料的蠕變持久強度預(yù)測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210432178.4
• 申請日: 2012-11-01
• 公開（公告）號: CN102937553A
• 公開（公告）日: 2013-02-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 柳暉
• 申請（專利權(quán)）人: 上海師范大學(xué)
• 主分類號: G01N3/32
• 分類號: G01N3/32
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31227
• 代理人: 吳瑾瑜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料科學(xué)與工程應(yīng)用技術(shù)，具體地說是一種高溫材料的蠕變持久強度預(yù)測方法。

背景技術(shù)

進入新世紀(jì)以來,隨著能源短缺、環(huán)境惡化問題的日益嚴(yán)峻，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)必須符合節(jié)能降耗的原則，因此在核能、石油化工、航空航天及微電子等工業(yè)領(lǐng)域的裝備均呈現(xiàn)出高參數(shù)（高溫、高壓）、大型化、高風(fēng)險等極端化發(fā)展趨勢。如新一代的超超臨界火力發(fā)電，工作溫度已超過700℃，效率超過50%，煤耗下降到250克/度以下，社會、經(jīng)濟效益顯著。

對于上述高溫裝備而言，其壽命設(shè)計和服役安全保障面臨的新挑戰(zhàn)表現(xiàn)在：一方面，新材料和新結(jié)構(gòu)大量應(yīng)用，給部件的強度、壽命預(yù)測增加了更多變數(shù)；另一方面，用戶對設(shè)備運行的安全與可靠性提出了更高要求，不僅考核其設(shè)計的強度指標(biāo)和安全系數(shù)，而且要求進行關(guān)鍵部件的定量強度、壽命分析。因此，正確預(yù)測材料的蠕變持久強度具有非常重要的現(xiàn)實意義。

目前國內(nèi)外對高溫材料蠕變持久強度的預(yù)測通常采用基于力學(xué)性能數(shù)據(jù)的外推技術(shù)及與蠕變過程相關(guān)的方法。基于力學(xué)性能數(shù)據(jù)的外推技術(shù)主要有采用以拉森-米勒法(簡稱L-M法)為代表的時間-溫度參數(shù)法，是高溫構(gòu)件設(shè)計的基礎(chǔ)方法，如申請?zhí)枮?00710039899.8“一種汽輪機高溫部件蠕變壽命的預(yù)測方法及系統(tǒng)”，申請?zhí)枮?00910198409.8“高溫材料的蠕變預(yù)測方法”，都是采用此類方法進行持久強度預(yù)測的。基于和蠕變過程相關(guān)的方法，如：空洞形核及生長、游離碳化物成分及石墨化等金相特征變化的計量技術(shù)，主要有蠕變空洞法，M6C析出率法和碳化物的球化率法，這些方法具有相似的理論基礎(chǔ)。如申請?zhí)枮?007103308160.2“一種電站鍋爐耐熱材料蠕變壽命預(yù)測方法”，是根據(jù)實際斷裂試樣的空洞形核機理對空洞生長模型進行了一定修正，其本質(zhì)仍屬于蠕變空洞法。為了實施上述方法，都需要進行一系列長時間高溫持久性能測試試驗，少者上萬小時，多者十幾萬、甚至幾十萬小時，所需試驗費用極高。所以有必要改進現(xiàn)有的材料高溫長時持久強度預(yù)測模型，發(fā)明一種建立在常規(guī)的短時強度試驗以及常規(guī)蠕變試驗基礎(chǔ)上，更加簡便、有效預(yù)測高溫材料蠕變持久強度預(yù)測方法是有必要的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于本發(fā)明的目的在于改進現(xiàn)有蠕變持久強度預(yù)測技術(shù)中存在的問題和不足，提供一種能夠在常規(guī)的短時拉伸試驗基礎(chǔ)上，更加簡便、有效預(yù)測高溫材料蠕變持久強度預(yù)測方法。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：

本發(fā)明高溫材料的蠕變持久強度預(yù)測方法的步驟：

（1）獲取不同溫度下材料拉伸性能的數(shù)據(jù)，每個試驗點數(shù)據(jù)包括溫度、短時抗拉強度和短時拉伸時間；

（2）把試驗數(shù)據(jù)標(biāo)記在以溫度為橫坐標(biāo)、抗拉強度為縱坐標(biāo)的圖上；

（3）對數(shù)據(jù)進行擬合，得到擬合曲線，擬合曲線的數(shù)學(xué)表達式為：

σ=Aexp(-BT），其中：??T為試驗絕對溫度，單位取K，A、B為待定系數(shù)；

（4）利用數(shù)學(xué)分析軟件，按最小二乘法回歸：求得待定系數(shù)A、B；

（5）將上述平均短時拉伸時間t_r0，材料常數(shù)A、B及蠕變激活能Q、氣體常數(shù)R代入表達式：

σ=σ0-2.3RT2QABexp(-BT)logtrtr0.]]>

得到蠕變持久強度與短時抗拉強度、斷裂時間及溫度之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達式。

本發(fā)明的要點是：根據(jù)經(jīng)典的Orr-Sherby–Dorn(OSD)（葛庭燧-頓恩）參數(shù)法，利用數(shù)學(xué)分析，即微分和積分的運算，建立的一種蠕變持久強度預(yù)測方法。