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蠕變裂紋擴展速率的影響因素及測量

本文簡單的介紹了影響高溫蠕變裂紋擴展速率的主要因素，并簡單介紹了高溫蠕變裂紋擴展長度的測量方法，采用Bairoe直流電位法測量裂紋長度。

• 定義：

蠕變:在規(guī)定的溫度和恒定力作用下，材料塑性變形隨時間而增加的現(xiàn)象。

蠕變裂紋擴展長度:疲勞預制裂紋后進行蠕變裂紋擴展試驗，可以測量的橫過試樣厚度的裂紋長度就是蠕變裂紋擴展長度。

蠕變裂紋擴展速率:（da/dt）

• 影響高溫蠕變裂紋擴展速率的主要因素:

1. 溫度對蠕變裂紋擴展速率的影晌：

溫度對蠕變裂紋擴展速率有明顯的影響,隨著溫度的升高蠕變裂紋擴展速率也顯著加快；當應力強度因子值一定時,蠕變裂紋擴展速率隨溫度的增加將會顯著增加。

1. 蠕變速度對蠕變裂紋擴展速率的影響：蠕變速度對蠕變裂紋擴展有明顯的影響。
2. 腐蝕性介質(zhì)對蠕變裂紋擴展速率的影晌：

腐蝕性介質(zhì)對蠕變裂紋擴展速率有非常明顯的影響，但是，由于腐蝕性介質(zhì)的種類非常多，包括：水、水蒸汽、氫等物質(zhì)是加速鋼材中裂紋擴展的有害介質(zhì)。

• 如何進行在高溫條件下研究高溫蠕變裂紋擴展規(guī)律的研究？

考慮到對電廠汽輪發(fā)電機組等設(shè)備中重要高溫零部件要求的安全使用壽命，汽輪機轉(zhuǎn)子軸、葉輪、汽缸、葉片及緊固件, 燃氣輪機的熱端部件, 渦輪盤及燃燒室等，在運行過程中都會產(chǎn)生蠕變斷裂，如何進行蠕變斷裂方面的研究有效的提高這些高溫服役條件下的零部件的壽命，成為高溫材料開發(fā)工作者的一個課題。

一般為十萬小時國外甚至有人設(shè)想改為二十萬小時, 這就要求在一定溫度、一定應力

和一定介質(zhì)聯(lián)合作用下, 帶裂紋的高溫構(gòu)件莊使用十萬小時或某規(guī)定時間后蠕變裂紋

仍不開始擴展, 或者擴展的達率極其緩慢, 而且在所規(guī)定的范圍以內(nèi), 這樣才可以認為構(gòu)件是安全的。基于這個觀點, 需要確定在高溫持久應力和腐蝕性介質(zhì)聯(lián)合作用下帶有裂紋的構(gòu)件材料的裂紋開裂條件, 也就是需要測定蠕變裂紋處的“ 應力腐蝕界限應力強度因子”K_ISCCC值, 作為高溫蠕變裂紋起始開裂判據(jù), 即K_I<K_ISCC 時蠕變裂紋不擴展, 當K_I>K_ISCC時蠕變裂紋就擴展。

因此，設(shè)法把斷裂力學有關(guān)概念及參數(shù)用來描述高溫構(gòu)件在持久應力和腐蝕性介質(zhì)聯(lián)合作用下的蠕變裂紋擴展規(guī)律及斷裂狀況, 其目的在于按照上述蠕變裂紋擴展規(guī)律的特性, 對帶有裂紋的高溫構(gòu)件的安全性進行合理評價, 提出以蠕變裂紋起始開裂條件和蠕變裂紋擴展速率的極限值來進行定量估計的方法, 從而為高溫構(gòu)件提供抵抗蠕變裂紋擴展斷裂判據(jù)。Bairoe 可以提供DCPD測量裝置進行蠕變裂紋擴展速率的研究。

• 蠕變裂紋擴展長度的測量方法：

可采用金屬緊湊拉伸（CT）試樣施加恒定載荷，測定蠕變裂紋擴展速率da/dt，并給出da/dt和裂紋參量C（t）的關(guān)系。

蠕變裂紋擴展長度采用直流電位方法。

裂紋長度分辨力：1µm（根據(jù)擴展速率曲線決定）；