【摘要】： 在石化、化工、電力等多個行業(yè)中很多機械裝備長期承受高溫和交變載荷作用，造成材料損傷產(chǎn)生裂紋并不斷擴展，最后引起泄露或爆炸，導(dǎo)致重大經(jīng)濟損失和人員傷亡等。各國學(xué)者已進行了較多的高溫疲勞構(gòu)件的剩余壽命評估技術(shù)的研究，取得了不少研究成果但在疲勞和蠕變共同作用下的裂紋擴展規(guī)律還沒有很好的解決。本文對316L鋼高溫疲勞蠕變共同作用下裂紋擴展速率進行研究。 分析了高溫疲勞蠕變共同作用條件下蠕變所造成的損傷，提出了基于蠕變損傷得到的蠕變裂紋擴展速率計算方法(da／dN)_c=D_c／D_0。給出了高溫疲勞蠕變共同作用條件下裂紋擴展速率的計算方法(da／dN)_(total)=(da／dN)_f+(da／DN)_c。 通過對316L奧氏體不銹鋼在400℃、550℃、600℃下疲勞裂紋擴展試驗的研究，得出了這三個溫度下用Paris公式表示的疲勞裂紋擴展速率。發(fā)現(xiàn)Paris公式中的指數(shù)變化隨著溫度的增高而減少，550℃和600℃的Paris指數(shù)明顯低于400℃下的Paris指數(shù)，系數(shù)變化范圍也較大，并且隨著溫度的增高而增大。比較三個溫度下的疲勞裂紋擴展速率，在ΔK介于25～45MPa·m~(1／2)之間時，三個不同溫度下的疲勞裂紋擴展速率差別很小。 通過對316L奧氏體不銹鋼在溫度為400℃時帶有30s保持時間的疲勞蠕變裂紋擴展試驗的研究，發(fā)現(xiàn)疲勞蠕變共同作用下裂紋擴展速率比該溫度下無保持時間時的裂紋擴展速率要大些。由于裂紋尖端應(yīng)力水平較高，導(dǎo)致蠕變損傷，使裂紋擴展速率增加。實驗結(jié)果驗證了本文提出的基于損傷的高溫疲勞蠕變裂紋擴展速率計算方法。 利用掃描電鏡(SEM)對316L試樣斷口進行顯微分析，發(fā)現(xiàn)隨著溫度的改變，316L鋼的斷口形貌變化不大，都具有明顯的韌性疲勞輝紋，氧化程度小。400℃下無保持時間試樣裂紋穩(wěn)態(tài)擴展時期斷口形貌比該溫度下帶有保持時間的試樣斷口更為連續(xù)些。400℃下無保持時間試樣的疲勞裂紋擴展路徑前半段較為平滑，而后半段尤其是裂紋尖端有一些曲折，沒有二次裂紋，裂紋擴展方式以穿晶擴展為主。 針對多層包扎壓力容器的特點，本文也對多層容器深環(huán)焊縫中缺陷進行了分析和安全評定。分析了層間貼合良好和存在未貼合的兩種情況下深環(huán)焊縫缺陷的斷裂疲勞性能，，結(jié)果表明層間存在未貼合的多層包扎容器，缺陷疲勞壽命明顯低于貼合良好的多層包扎容器。
【圖文】：

圖1.1塑性鈍化模型下延性材料中裂紋尖端幾何形狀的改變，提出了描述疲勞裂紋擴展的“塑性鈍化模型”，如圖 1.1所示，圖1.1(a)示出了循環(huán)開始時的裂紋尖端形狀;隨著循環(huán)應(yīng)力的增加，裂紋逐步張開，裂尖材料由于高度的應(yīng)力集中而沿最大剪應(yīng)力方向滑移，圖 1.1(b);應(yīng)力進一步增大，裂紋充分張開，裂尖鈍化成半圓形，開創(chuàng)出新的表面圖1.1(c);卸載時已張開的裂紋要收縮，但新開創(chuàng)的裂紋面卻不能消失，它將在卸載引入的壓應(yīng)力作用下失穩(wěn)而裂尖形成凹槽形;最后，在最大循環(huán)壓應(yīng)力作用下，又成為尖裂紋，但其長度已增加了一個△口。下一循環(huán)，又張開、鈍化、擴展、銳化，重復(fù)上述過程。這樣，每一應(yīng)力循環(huán)，將在裂紋面上留下一條痕跡，稱之為疲勞條紋。(三)高溫疲勞斷口研究疲勞斷口對于工程構(gòu)件損壞及事故分析是十分重要的。典型的宏觀疲勞第8頁共82頁

316L鋼高溫疲勞蠕變共同作用下裂紋擴展速率研究就是每個保持時間內(nèi)蠕變損傷的累積，即dc(r)，這里的;表示與裂尖的距離，見圖2.8，故式 (2.38)，針對恒定載荷情況可以寫成:藝姚(r)一D0 (2.39)式中N表示的是材料失效時的循環(huán)次數(shù)。從圖2.8可以看出，當(dāng)蠕變裂紋擴展到點C時，考察點B開始進入損傷區(qū)，裂紋越接近B點，B點蠕變損傷越大。而裂紋從點C擴展到考察點B的過程中，B點累積了蠕變損傷Dc
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號】：TG142.15

【參考文獻】

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本文編號：2609536