金属材料性能能研究方法

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1、金属材料性能能研究方法金属材料力学性能课程论文摘要本文介绍国内外疲劳一蠕变交互作用研究的一些进展，其屮包括微观裂纹萌生及扩展机理的研宄、高温多轴疲劳一蠕变实验的发展。对具有代表性的疲劳一蠕变损伤累积模型及寿命预测方法，即线性损伤累积模型、损伤率法、延性耗竭法和过应力法进行较为详尽的描述,并对这几种方法在多轴领域的改进和推广进行重点介绍。关键词疲劳损伤多轴疲劳高温疲劳疲劳寿命预测疲劳蠕变交互作用AbstractTheadvanceintheresearchoffatigue-creepinteractionwereintrod

2、uced'includingthemechanismsofmicro-creakinitiationandgrowthandthedevelopmentofmultiaxialfatigue-creeptest.Fourtypicalfatigue-creepcumulativedamagemodelswerebrieflydescribed,i.e.,thelinearcumulativedamagemodel,thedamage-ratemethod?theductility-exhaustionmodelandtheo

3、verstressmodel.Theimprovementandextensionofthesemodelstomultiaxialfatigue-creepwereintroducedindetail.KeywordsFatiguedamage;Multiaxialfatigue;Fatigueathightemperature;Fatiguelifeprediction;Fatigue-creepinteraction1,引言在高温下工作的零件，其寿命往往受多种机制的制约，如疲劳、蠕变、腐蚀等。高温疲劳主要研究材料在疲劳

4、和蠕变共同作用下的力学行为。应该指出，“高温”这个概念通常是指使金属点阵中的原子具有较大的热运动能力的温度环境，它因不同的材料而异。一般认为，当合金的工作温度与合金熔点的比值大于0.5时，材料的蠕变现象不可忽略，这时认为零件处于高温的工作状态。零件在高温循环载荷下产生蠕变和疲劳损伤，其中蠕变损伤是一个与时间相关的量，它与所受应力历程和所加的温度有关。疲劳损伤则是一个与时间无关的量，它一般由循环应力应变历程决定。两者可能单独发生作用，也可能发生交互作用。当零件在高温下经历循环载荷后，发生兼有蠕变和疲劳断裂特征的失效时，则认为这

5、是疲劳蠕变交互作用的结果。对于单轴载荷作用下的疲劳蠕变交互作用，目前己经取得了一些较为深入的研宄成果。根据这些成果所建立起来的一些寿命预测模型已比较成熟，寿命预测效果也比较准确，如频率修正法、塑性耗竭法、应变范闱划分法、成变能修正模型、损伤率法等。但对于高温多轴疲劳，尤其对于非比例加载下的高温低周多轴疲劳的研宄，仍属于探索和起步研宄阶段。2,疲劳蠕变裂纹萌生及扩展机理高温下的循环载荷（带载荷保持和不带载荷保持）往往会导致蠕变一疲劳断裂。这种破坏行为是一个与时间有关的变形机制。在这种机制下，构件的断裂形式由穿晶断裂（常温低周疲

6、劳的特征）变成了沿晶断裂。沿晶断裂是蠕变断裂的一个重要特征，它是由晶间空穴生长和互连形成的。对于晶间空穴与疲劳裂纹的关系，己经有了一些研宄，如Wareir^Hales等人认为，内部晶界空穴与疲劳裂纹扩展具有相互作用，并且这种晶界空穴生长和互连加速了疲劳裂纹的生长速度，从穿晶断裂到沿晶断裂正是这种交互作用的结果。Sakane等人研究了lCrMoV钢在二轴比例加载下的裂纹萌生和扩展，认为裂纹萌生和扩展方向、裂纹断裂模式与加载路径和应变范围大小有关。Sakurai等人基于微裂纹的观察，讨论了裂纹萌生和扩展与试件表面氧化的关系。3.

7、高温多轴疲劳试验对于多轴应力下高温疲劳问题的研究，由于试验条件的限制，试验方法多为二轴应力加载试验。上世纪60年代70年代，H本在压力容器与管道领域，从研宄纯蠕变逐渐转向研宄在载荷作用下材料的蠕变和疲劳过程。这些试验多为受压薄壁圆筒轴向拉压试验，用内压和外部拉压来实现二轴应力。上世纪80年代后，由于高温疲劳的重点研究领域集中在核电、内燃机、火力调峰发电机组及航空航天应用领域，试验为模拟真实的材料服役条件，多采用拉压和扭转组合的二轴疲劳试验，试件仍多为薄壁圆筒。随着新型试验机的使用，出现了其他类型的高温疲劳试验，如十字形试件二

8、向拉压试验、圆板试样回转试验等。高温疲劳试验所用载荷波形多为三角波和正弦波。为了让材料的蠕变特性更明显地显现出来，多数试验采用带载荷保持的波形，这也是对零件实际服役条件的一种模拟。上世纪80年代以来，出现了较多研究保载时间对疲劳寿命影响的文献，保载时间的影响也体现在损伤模型中。也有一些研宂