基于不同方法的9Cr-1Mo鋼高溫蠕變壽命預(yù)測(cè)研究.pdf

1、在電力、石油化工以及航空航天等眾多領(lǐng)域，有許多9Cr-1Mo耐熱鋼金屬構(gòu)件長(zhǎng)期服役在高溫、高壓條件下，使得蠕變損傷成為制約其結(jié)構(gòu)完整性和安全運(yùn)行的重要因素。為了保證這些金屬構(gòu)件能夠安全、高效運(yùn)行，蠕變壽命的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)一直是業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。近年來，國內(nèi)外在高溫金屬構(gòu)件壽命預(yù)測(cè)研究領(lǐng)域雖然已取得了不少研究成果，有的甚至進(jìn)入了工程應(yīng)用，但對(duì)各類蠕變壽命預(yù)測(cè)方法的系統(tǒng)研究和綜合評(píng)價(jià)還鮮有報(bào)道。本文以P91鋼為研究對(duì)象，在綜合考慮工程應(yīng)用中服役溫度

2、和載荷應(yīng)力等外部因素的基礎(chǔ)上，對(duì)其分別進(jìn)行了不同條件下的高溫蠕變持久試驗(yàn);結(jié)合TTP參數(shù)法(LM法、OSD法、Wilshire模型法)和基于蠕變曲線外推法(θ法、改進(jìn)θ法、K-R模型法)等不同方法，分別對(duì)所測(cè)的P91鋼蠕變壽命進(jìn)行了外推計(jì)算;參照ECCC數(shù)據(jù)，系統(tǒng)分析和綜合評(píng)價(jià)了上述方法的外推精度和適用范圍;此外，在對(duì)傳統(tǒng)連續(xù)介質(zhì)蠕變損傷力學(xué)模型的進(jìn)行改進(jìn)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了其數(shù)值求解。具體研究?jī)?nèi)容和主要結(jié)論如下:
　　通過采用LM法

3、、OSD法和Wilshire模型法等三種TTP參數(shù)法對(duì)P91鋼高溫蠕變壽命進(jìn)行外推時(shí)，結(jié)果表明模型選取對(duì)外推精度影響較大。LM法和OSD法在外推2×105h以上的蠕變壽命時(shí)，均出現(xiàn)過估計(jì)現(xiàn)象;相比LM法和OSD法之下，Wilshire模型法的外推精度最高，本文擬合得到的Wilshire模型法參數(shù)Qc值取314.7kJ．mol-1能夠很好關(guān)聯(lián)P91鋼的持久數(shù)據(jù);
　　在采用基于蠕變曲線外推法(θ法、改進(jìn)θ法和K-R模型法等)進(jìn)行蠕變

4、壽命預(yù)測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn):該類方法在短時(shí)蠕變壽命預(yù)測(cè)時(shí)均與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好，并能得到不同溫度和應(yīng)力條件下的完整蠕變曲線;當(dāng)外推長(zhǎng)時(shí)蠕變壽命時(shí)，K-R模型法的外推精度最高、改進(jìn)θ法次之、θ參數(shù)法最差;
　　通過對(duì)給定條件下蠕變機(jī)制的系統(tǒng)分析，結(jié)合傳統(tǒng)的連續(xù)介質(zhì)蠕變損傷力學(xué)模型，提出了一種改進(jìn)的CDM模型用于高溫蠕變壽命的定量預(yù)測(cè);通過數(shù)值計(jì)算，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合度較高，從而為耐熱鋼的高溫溫蠕變壽命預(yù)測(cè)提供了一條有效途徑;

5、　　綜合比較上述各種預(yù)測(cè)方法，可以發(fā)現(xiàn)，Wilshire模型法和K-R模型法在外推長(zhǎng)時(shí)蠕變壽命時(shí)均具有較高精度，同時(shí)Wilshire模型法的預(yù)測(cè)精度最高。但這兩種方法都是基于唯象模型的參數(shù)外推法，均不能反映材料的真實(shí)蠕變進(jìn)程，因而模型參數(shù)的選取往往很難控制;CDM模型法由于能夠從物理機(jī)制上揭示材料蠕變行為的本質(zhì)，若能建立起蠕變過程中多種微觀組織演化的相關(guān)參量與CDM模型中損傷程度的量化關(guān)系，便很容易實(shí)現(xiàn)模型參數(shù)的合理求解，因而使得該方法