本文選題：9-12%Cr鋼 + 應(yīng)變疲勞��； 參考：《華東理工大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：超超臨界汽輪機(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)等高端裝備的關(guān)鍵部件,如轉(zhuǎn)子、葉片、缸套等,其強(qiáng)度設(shè)計(jì)和壽命分析需考慮高溫和循環(huán)載荷的影響。在結(jié)構(gòu)不連續(xù)等部位,往往經(jīng)受應(yīng)力或應(yīng)變控制的不同載荷模式的疲勞損傷,因此理解和弄清加載模式對(duì)高溫低周疲勞行為的影響,科學(xué)描述循環(huán)條件下的應(yīng)力、應(yīng)變函數(shù)關(guān)系,對(duì)于合理設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)壽命具有重要的工程價(jià)值和理論意義。本文以新型超超臨界汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子鋼X12CrMoWVNbN10.1-1為對(duì)象,進(jìn)行了600℃下應(yīng)力和應(yīng)變不同控制模式下的低周疲勞試驗(yàn),研究了其在不同控制模式下的循環(huán)行為,分析了不同控制模式下的微觀變形機(jī)制差異和規(guī)律,建立了應(yīng)變控制模式下的循環(huán)塑性本構(gòu)方程。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下：(1)對(duì)稱循環(huán)條件下應(yīng)力和應(yīng)變控制模式對(duì)9-12%Cr鋼低周疲勞行為的影響。進(jìn)行了新型超超臨界汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子鋼X12CrMoWVNbN10-1-1在600℃和載荷比R=-1條件下的應(yīng)力和應(yīng)變控制低周疲勞試驗(yàn),分析了控制模式對(duì)循環(huán)變形響應(yīng)和疲勞壽命的影響,采用TEM微觀觀察手段,分析研究了不同加載模式下的微觀損傷機(jī)制。結(jié)果表明：兩種載荷模式下的試驗(yàn)循環(huán)應(yīng)力應(yīng)變曲線均可以分成宏觀塑性區(qū)和微塑性區(qū)兩個(gè)部分。在微塑性區(qū),應(yīng)力和應(yīng)變加載模式下X12CrMoWVNbN 10-1-1鋼的循環(huán)響應(yīng)差別不明顯；而在宏觀塑性區(qū),應(yīng)力控制疲勞產(chǎn)生了顯著的循環(huán)軟化和拉壓不對(duì)稱行為,導(dǎo)致了較短的疲勞壽命和顯著的疲勞損傷；應(yīng)力控制模式下的快速的循環(huán)軟化源于亞晶界面的崩塌,并導(dǎo)致了位錯(cuò)重分布,而應(yīng)變控制模式則是由于板條馬氏體的亞晶化。對(duì)稱應(yīng)力控制條件下產(chǎn)生的附加棘輪應(yīng)變顯著削弱了疲勞壽命,基于這一機(jī)制,我們建立了修正的Manson-Coffin壽命預(yù)測(cè)方程,對(duì)兩種加載模式下的疲勞壽命預(yù)測(cè)均與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好。(2)9-12%Cr鋼在應(yīng)變疲勞過(guò)程中的平均應(yīng)力松弛行為和損傷機(jī)理研究。進(jìn)行了600℃下9-12%Cr鋼的不對(duì)稱的應(yīng)變疲勞試驗(yàn),研究了不同應(yīng)變幅下的平均應(yīng)力松弛規(guī)律。采用內(nèi)應(yīng)力劃分方法和TEM微觀分析手段,研究分析了平均應(yīng)力松弛及其與循環(huán)軟化的交互作用,提出了一個(gè)新的背應(yīng)力參量Xmiddle,較好闡明了不同應(yīng)變幅循環(huán)變形響應(yīng)的微觀物理機(jī)制。結(jié)果表明：應(yīng)變疲勞中的平均應(yīng)力松弛是不同尺度背應(yīng)力共同作用的結(jié)果；在宏觀塑性區(qū)(高應(yīng)變幅),平均應(yīng)力的快速松弛和顯著的循環(huán)軟化與晶內(nèi)背應(yīng)力Xintra的快速降低相關(guān)；而在微塑性區(qū)(低應(yīng)變幅),緩慢的循環(huán)軟化依賴于有效應(yīng)力的降低。載荷循環(huán)過(guò)程中的微觀馬氏體板條不均勻粗化產(chǎn)生的中間背應(yīng)力Xmiddle抑制了平均應(yīng)力的松弛,以此為基礎(chǔ),我們構(gòu)建了9-12%Cr馬氏體鋼內(nèi)應(yīng)力分析的新模型,較好描述了不同應(yīng)變幅下的平均應(yīng)力松弛機(jī)制。(3)9-12%Cr鋼的靜態(tài)應(yīng)力松弛和循環(huán)應(yīng)力松弛試驗(yàn)研究。進(jìn)行了600℃下9-12%Cr鋼在不同初始應(yīng)力下的靜態(tài)應(yīng)力松弛試驗(yàn)和不同最大應(yīng)變下的平均應(yīng)力循環(huán)松弛試驗(yàn),系統(tǒng)研究了不同峰值應(yīng)變和卸載幅值條件下循環(huán)載荷對(duì)松弛行為的影響,采用TEM微觀分析手段研究了循環(huán)松弛行為的物理機(jī)制。結(jié)果表明：循環(huán)應(yīng)力松弛速率隨最大應(yīng)變幅的增加而增加。不同卸載幅值的循環(huán)載荷表現(xiàn)為促進(jìn)或者抑制松弛行為：卸載幅值在微塑性區(qū),初始階段短暫硬化之后,材料發(fā)生緩慢循環(huán)軟化,馬氏體板條局部粗化,相對(duì)于靜態(tài)松弛,表現(xiàn)為循環(huán)松弛加速；而卸載幅值在準(zhǔn)彈性區(qū),循環(huán)過(guò)程以緩慢硬化為主,單向塑性變形引起位錯(cuò)釘扎,表現(xiàn)為循環(huán)松弛減速。循環(huán)載荷對(duì)松弛速率的影響是循環(huán)塑性和單向塑性累積共同作用的結(jié)果。(4)應(yīng)變疲勞條件下9-12%Cr鋼的循環(huán)粘塑性本構(gòu)方程研究�；�600℃下9-12%Cr鋼的對(duì)稱和非對(duì)稱應(yīng)變疲勞試驗(yàn)結(jié)果,分析了平均應(yīng)力松弛和軟化行為演化規(guī)律,發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有基于A-F隨動(dòng)硬化的改進(jìn)模型,由于未能反映循環(huán)軟化和平均應(yīng)力松弛存在應(yīng)變幅相關(guān)的競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制,因此均不能較好描述平均應(yīng)力的松弛行為。我們通過(guò)在Abdel-Karim-Ohno隨動(dòng)硬化模型中引入平均應(yīng)力松弛因子,建立了新的循環(huán)粘塑性本構(gòu)模型,由于綜合考慮了最大塑性應(yīng)變與累積塑性應(yīng)變的影響,所建立的新模型可以合理預(yù)測(cè)9-12%Cr鋼應(yīng)變幅相關(guān)的循環(huán)軟化和平均應(yīng)力松弛行為。
[Abstract]:In this paper , the effects of stress and strain control on low cycle fatigue behavior of 9 - 12 % Cr steel under different control modes are studied . The effects of stress and strain control modes on the low cycle fatigue behavior of 9 - 12 % Cr steel under different control modes are studied . The results show that the stress and strain control modes under different control modes have important engineering value and theoretical significance .
In the macroscopic plastic zone , the stress - controlled fatigue results in significant cyclic softening and asymmetric behavior , which leads to shorter fatigue life and significant fatigue damage .
The fast cyclic softening under stress control mode is due to the collapse of the sub - crystal interface , which leads to dislocation redistribution , and the strain control mode is due to the sub - crystallization of lath martensite . The fatigue life prediction of 9 - 12 % Cr steel under symmetrical stress control conditions is good agreement with the experimental results .
In the macroscopic plastic zone ( high strain amplitude ) , the rapid relaxation of the average stress and the significant cyclic softening are related to the rapid decrease of the back stress Xintra .
The effects of cyclic loading on relaxation behavior of 9 - 12 % Cr steel under different initial stresses are studied .
The cyclic viscoplastic constitutive equations of 9 - 12 % Cr steel under the condition of strain fatigue are studied . Based on the symmetry and asymmetric strain fatigue test results of 9 - 12 % Cr steel at 600 鈩，

本文編號(hào)：2100170