基于小尺寸试样的P92钢高温断裂韧性研究

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1、基于小尺寸试样的P92钢高温断裂韧性研究StudyonHighTemperatureFractureToughnessofP92SteelBasedonSmallSizeSpecimen学科专业：材料加工工程作者姓名：李世波指导教师：荆洪阳教授天津大学材料科学与工程学院二零一七年十二月摘要在航空航天、火电能源等行业中，服役中的部件不仅要承受恒定的工作载荷，同时还要经受由于机器启-停控制等导致短时载荷突然变大等情况，因此，为了正确评价构件的可靠性，避免意外事故的发生，需要获得材料的断裂韧性或阻力曲线。实际断裂韧性评定时通常采用标准尺寸试样，在结构取样

2、困难或者材料有限，难以满足标准规定尺寸时，就需要采用小尺寸试样进行测试。另外，P92钢具有优良的特性，在超超临界火电机组中得到广泛使用，因此，本文以电厂用钢P92钢为研究对象，首先获得了其室温及高温条件下的基本力学性能，之后设计了不同尺寸的试样进行高温断裂韧性试验研究，并采用数值模拟方法研究了试样尺寸及侧槽结构对试验的影响，论文的主要研究内容及结果如下：（1）在630°C条件下，基于各种小尺寸CT试样通过高温断裂韧性试验获得了P92钢的断裂韧性阻力曲线以及相应的条件断裂韧度，发现小尺寸试样会得到较保守的阻力曲线并低估断裂韧性值。（2）采用能量释放率

3、R研究试样尺寸及侧槽的影响规律，对曲线转化进行研究。发现不开侧槽的试样的稳态段能量释放率更高，曲线转化方面可由CT5的塑性阻力曲线转化得到CT15的塑性阻力曲线。（3）对高温环境下的试样断口进行宏观和微观的观察，发现P92钢在高温载荷作用下，其孔洞首先在晶界上形核，随载荷作用进一步长大，连接形成微裂纹，最终导致断裂。（4）采用数值分析方法，在ABAQUS中建立三维的试样模型，研究了不同尺寸试样的应力状态和拘束差异。发现侧槽可提高试样的拘束水平，并且试样尺寸越小，这种效应更明显；侧槽还可使试样在厚度上的应力分布更均匀，因而使得裂纹扩展前沿更平齐。关键

4、词：P92钢，小尺寸试样，高温断裂韧性，阻力曲线转化，有限元模拟IABSTRACTIntheaerospace,thermalpowerandotherindustries,thecomponentsinservicenotonlytowithstandaconstantworkingload,butalsoduetothemachinestart-stopcontrolcausedbyasuddenincreaseinshort-termloadandsoon,therefore,inordertocorrectlyevaluatethereli

5、abilityofthecomponent,toavoidaccidents,it'snecessarytoobtainfracturetoughnessorresistancecurveofthematerial.Fracturetoughnessisusuallyobtainedbystandardsamples，butifthesamplingofthestructureisdifficultorthematerialislimited,itwillbedifficulttomeettherequiredsizeofthestandard，t

6、herefore，smallsizesampleswillbeusedtotest.Inaddition,P92steelhasexcellentpropertiesandiswidelyusedinultra-supercriticalthermalpowerunits.So,inthispaper,theP92steelofpowerplantistakenastheresearchobject,thebasicmechanicalpropertiesundertheconditionofroomtemperatureandhightemper

7、atureareobtainedfirst,andthenthespecimenswithdifferentsizesaredesignedtostudythefracturetoughnessathightemperature.Numericalsimulationmethodsareusedtostudytheeffectsofsamplesizeandsidegroovestructureonthetest.Themaincontentsandresultsareasfollows:(1)Undertheconditionof630°C,th

8、efracturetoughnessresistancecurvesofP92steelandthecorrespondi