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分享:P92钢在蠕变-疲劳交互作用下的初始循环特性

2022-09-08 13:30:29 

摘 要:在不同温度(500~675)(5×10-6~10-4s-1)P92单周期应变控制蠕变疲劳试验,-,并建的本构方程对其循环过程进行描述结果表明:在保载阶段 P92钢出现明显的应力松弛现象,温度为500~650 ,,675 ,,降率增大;675 ,10-5s-1 ,力松弛值随保载时间的变化曲线与试验结果相吻合,4.28%, 在应变速率一定条件下,当温度不高于550 ,温度对应力变化率的影,550 ,温度的影响较大,当试验温度相同时,应变速率的影响不大;Ramberg-Ostgood型模拟得到真应力-真应变曲线和真应力-时间线,10.37%

关键词:蠕变-疲劳交互;初始循环;P92;

中图分类号:TG113.25;TH140.7 文献:A :1000-3738(2022)05-0088-07

0 引 言

为了解决日益突出的能源短缺和环境污染问 ,提高火电厂的发电效率迫在眉睫,主要途径是提 高蒸汽的工作压力和温度我国已建设并运行着很 多超超临界火电机组[1],超超临界机组的蒸汽温度 600 以上,压力大于26 MPa,部件此高温高压环境下工作时,和疲 劳损伤[2-3];这对所用材料的性能提出了很高的要 [4]P92钢因具有热膨胀率低抗蠕变能力强特点而广泛应用于超超临界机组的高温部件中[5-9]为了保证机组的安全运行,研究 P92钢在高压 下的蠕变和疲劳特性,特别是蠕变疲劳载荷黏性应力 降 低 所 引 起 的 应 力 松 弛 行 为 至 关 重 要P92钢的应力松弛主要发生在初始循环阶段[2],P92钢的初始循环特性P92疲劳特性具有重要的意义[10-2],有关环加载对 P92钢蠕变性能影响主要构方程描述其循环行为来进行[13-19],结论两方面:随着循环加载的进行,退化逐渐趋于饱和, 初 始 循 环 对 总 体 寿 命 有 很 大 影 响;Ramberg- OstgoodJohnson-Cook等模型可以较好地描述 P92钢的力学行为,但对于不同加载方式,需要通过 试验数据建立修正的模型才能准确描述 P92钢的环特,献并寿命大影的初始循,的保间将 蠕变律完因此,P92进行了多组初始循环的蠕变疲劳试验,研究了 P92 钢在蠕变-疲劳交互作用下的初始循环特性,并建立 行 描 述,以 期 为 P92

1 试样制备与试验方法

试验材 料 为 Wyman-Gorden公 司 生 产 的 内 径 914mm50mm 的高温再热蒸汽管ASME SA-1017M P92 ,其 热 处 理 工 艺 1065× 1.25h正火后风冷+776℃×2.5h回火后空冷,伸性能分别列于表1和表2



在试验材料上截1柱形劳试样,根据 GB/T26077ASTME606ISO12106 的要求,MTS370.10型液压伺服驱动疲劳试验系 统上对 P92钢进行不下的变疲劳试验,具体试验参3,定的应 变 速 率 加 载 至 0.5% 后 保 载 1h,同的应变速率卸载在试验过程中,轴向个夹式动态高温引伸计测量,应力由测压元件监测 的载荷响应得到

2 试验结果与讨论

2.1 循环应-应变曲线

500℃,1×10-3s-1 以及600,1×10-4s-1 条件下试样在加载2s后即发生断裂,这与加率和加载温度失配有关,温度越高,材料所能承受的 加载速率越小,因此不对这2种条件下的试验结果 进行分析675 ,1×10-5s-1 ,卸载5min后发生了断裂2看出:试验温度和应变速率下试样的真应力-真应变滞回 曲线基本相同,在保载期内均出现应力松弛现象;真 应变一定的条件下,真应力随试验温度的升高而减小,随应变速率的减小而减小,说明试验温度和 应变速率对循环应力-应变曲线的影响较大温度 越高,蠕变疲劳循环的非弹性应变占比越大,弹性应变范围越大,表明不可恢复的应变越大,寿 ,,,,,寿命 越短[20]


2.2 保载阶段的应力松弛

3:500,550,600, 650 ,;当试675,-时间线 动较,,阶段的应下降率增大,说明高温和较快加载速率的共同作用促 进了损伤的产生,从而出现软化现象可知,当温度 升高到一定值时,温度和应变速率对P92钢在应变控 制下蠕变疲劳试验保载阶段的应力下降率有很大的 影响675 ,1×10-5s-1 条件下的应明显大于其他试验条件下的应力松弛值,, 蠕变-疲劳交互作用中蠕变所占比例越大,蠕变损伤 越大,在保载阶段的应力松弛现象更明显;675 , 10-6s-1 500 ,1× 10-4s-1 675,1×10-5s-1 ,在相 同的温度下,


2.3 加载与卸载阶段的应力-应变曲线

由图4可以看出,试验温度越高,在加载和卸载 阶段的应力变化率越小当应变速率相同时,500, 550-线 ,600, 650,675-线差试验 温度越高,P92钢在蠕变疲劳试验时达到相同应变的 大应550,,当试验温度高于550,温度对应力变化率的影响 当试温度675 ,10-6s-1 的应化率10-5s-1 ,说明应变速率对应力变化率的影响很小


5:,减小,,,随试验温度的升高而减小,说明较高的试验温度和 变速率使P92,退化阶段-线,其表征的循环特性一致,


2.4 弹性模量

应变控制下 P92钢蠕变疲劳试验加载阶段的 真应力-真应变曲线在初始阶段是线性相关的,当真 应变达到约0.16%后真应力-真应变线线相关当应变以恒定速率增加时,恒定增加的部分中产生的应变是弹性应变当真应 变达到约0.16%,P92钢开始发生软化,性应 变约占加载期间总应变的30%弹性变形阶线的斜率为 P92钢的弹性模量,由图6可以看出: 试验温度越高,P92钢的初始弹性模量越小,应变率对其影响较小;初始加载阶段的弹性模量下度较大,随后下降幅度降低,且随着试验温度的升 ,弹性模量的下降幅度变大,刚度降低程度增大, 即材料抵抗变形能力降低,说明 P92钢的承载能力 变差


3 本构模型的建立与试验验证

在保载阶段,真应力与应力松弛值均与保载时间呈幂函数关系,可知 P92的应力松弛模型为 σt =a0tb0 (1) Δσ=a1tb1 (2) 式中:σt 为保载阶段t应力;t为保载阶的时间;Δσ为应力松弛值,即保载期间最大应力与 应力的差值;a0,b0,a1,b1 均为取决于温度和应变速率的参数,可由试验数据拟合得到

应力松弛模型的拟合曲线如图7所示,模型参 数如表4所示由图7可知,675,1×10-5s-1 由图7可知,675,1×10-5s-1 条件下因过高的温度和较大的加载速率而导致模拟 结果误差较大外,其他条件下的模拟结果与试验结 果均吻合较好,相对误差小于4.28%


Ramberg-Ostgood模型是以 3 个参数描料没有明显屈的非线性应力与应变关系[17],此加载和卸载阶段的真应力-真应变曲线和真应力- 时间 曲 线 可 用 Ramberg-Ostgood 加载和卸载阶段的真应-线分别为 ε=+ε0 σσ0 n (3) ε=σ+1 +ε0 σ+σ1 σ0 n (4) 式中:ε为真应变;σ 为真应力;E 性模量;ε0, σ0,n,σ1 为拟合参数加载和卸载阶段的真应力-时间曲线模型表达 式分别为 t=Eσ'+ε'0 σ'σ0 n' (5) t=σ+σ'1 E' +ε'0 σ+'σ1 'σ0 n' (6) 式中:t为时间;E',ε'0,σ'0,n','σ1 参数


拟合试验数据得到不同试验温度和应变速率下 P92-曲线-线,8,56856以看 :-线-线,误差小于10.37%;E E',变速率对其无明显影响,验证了 P92升高而降低

4 结 论

(1)在不同试验温度与应变速率下,P92钢在 初始循环周期的保载阶段发生应力松弛而软化;试验温度为500~650,保载阶段的应下降相差较小,而当温度为675℃,着应速率的增 ,保载阶段的应力下降率增大;试验温度和应变速 率越大,P92钢的应力松弛现象越明显

(2)卸载阶段,在应变速率一定的条 件下,550,影响可以忽略,当温度高550,化率的影响较大;当温度相同时,化率的影响不大试验温度越高,P92钢的初始性模量越小,而应变速率对其影响较小,且随着试验 温度的升高,弹性模量的下降幅度变大

(3)675 ,1×10-5 s-1 条件外,采用由幂 函数推导出的保载阶段应力松弛模型模拟得到真应 力和应力松弛值随时间曲线,相对误差小于 4.28%;Ramberg-Ostgood 型模/-真应曲线 和真应力-线,对误10.37%

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