550℃真空下CLAM鋼蠕變-疲勞行為及失效機(jī)理研究.pdf

1、聚變實(shí)驗(yàn)堆包層在穩(wěn)定運(yùn)行和服役過程中承受恒定載荷作用的同時，還可能承受脈沖載荷等復(fù)雜載荷的綜合作用，使結(jié)構(gòu)材料產(chǎn)生蠕變-疲勞交互損傷，因此，針對包層結(jié)構(gòu)材料開展蠕變-疲勞損傷行為及機(jī)理研究對聚變堆包層的設(shè)計(jì)與優(yōu)化具有重要的科學(xué)意義和工程價(jià)值。本文以中國抗輻照低活化結(jié)構(gòu)鋼（CLAM鋼）為研究對象，開展了高溫550℃、真空5×10-3 Pa下應(yīng)變控制的低周疲勞和蠕變-疲勞實(shí)驗(yàn)研究，旨在探究CLAM鋼的低周疲勞和蠕變-疲勞力學(xué)行為和失效機(jī)理，

2、獲得保載時間、應(yīng)變幅和保載方式對CLAM鋼真空蠕變-疲勞力學(xué)行為的影響規(guī)律與機(jī)制，確保CLAM鋼在聚變實(shí)驗(yàn)堆、甚至未來聚變堆服役環(huán)境下的安全運(yùn)行。本論文主要研究內(nèi)容與結(jié)論如下:
　　首先，研究了高溫真空環(huán)境下CLAM鋼在不同應(yīng)變幅控制下的疲勞力學(xué)行為。結(jié)果表明:循環(huán)載荷下，峰值應(yīng)力持續(xù)軟化。0.5％應(yīng)變幅疲勞失效后，CLAM鋼位錯密度由2.4×1014 m-2降為0.2×1014 m-2，板條寬度由0.7μm粗化為1.3μm?；?/p>

3、位錯強(qiáng)化和亞晶強(qiáng)化理論，位錯密度降低和板條粗化造成應(yīng)力下降。前奧氏體晶粒尺寸和析出物尺寸變化不大，對應(yīng)力軟化的貢獻(xiàn)不大。基于疲勞壽命與彈/塑性應(yīng)變關(guān)系分析，建立CLAM鋼的Manson-coffin模型，疲勞壽命隨應(yīng)變幅增大而減小，并同其他RAFM鋼真空環(huán)境中疲勞壽命相當(dāng)。同時，對比CLAM鋼在真空環(huán)境和大氣環(huán)境中的疲勞壽命，真空環(huán)境中的疲勞壽命更優(yōu)。分析裂紋擴(kuò)展軌跡顯示，真空環(huán)境存在兩種裂紋萌生擴(kuò)展模型。
　　其次，在研究高溫真

4、空環(huán)境下低周疲勞行為的基礎(chǔ)上，引入峰值載荷保載，分析了壓縮保載方式下的蠕變-疲勞交互力學(xué)行為。壓縮保載方式下，CLAM鋼產(chǎn)生循環(huán)軟化和應(yīng)力松弛現(xiàn)象，除板條粗化分解、亞晶形成和位錯密度下降的影響以外，析出物的粗化和亞晶向晶粒轉(zhuǎn)化同樣產(chǎn)生影響，并基于EBSD分析和位錯滑移/攀移分析，揭示了大角度晶界的形成機(jī)制。保載對裂紋萌生和蠕變空洞形核的促成是蠕變-疲勞較純疲勞壽命下降的微觀原因。另外，保載時間和應(yīng)變幅的增大，產(chǎn)生更為明顯的應(yīng)力松弛，并造

5、成蠕變-疲勞壽命下降。低應(yīng)變幅控制下的蠕變-疲勞壽命較純疲勞壽命下降54％，而高應(yīng)變幅控制下壽命下降39％，這說明低應(yīng)變幅控制下的蠕變-疲勞更容易發(fā)生交互作用。
　　最后，引入拉伸保載并同壓縮保載對比，進(jìn)一步研究了不同保載方式對CLAM鋼蠕變-疲勞力學(xué)行為的影響。結(jié)果表明:拉伸保載方式下，CLAM鋼仍會產(chǎn)生循環(huán)軟化和應(yīng)力松弛現(xiàn)象。CLAM鋼的蠕變疲勞對拉伸保載更為敏感，這不同于大氣環(huán)境下的壓縮保載敏感性。除去氧化這一外部因素的影響