蠕变裂纹扩展速率的影响因素及测量

本文简单的介绍了影响高温蠕变裂纹扩展速率的主要因素，并简单介绍了高温蠕变裂纹扩展长度的测量方法，采用Bairoe直流电位法测量裂纹长度。

• 定义：

蠕变:在规定的温度和恒定力作用下，材料塑性变形随时间而增加的现象。

蠕变裂纹扩展长度:疲劳预制裂纹后进行蠕变裂纹扩展试验，可以测量的横过试样厚度的裂纹长度就是蠕变裂纹扩展长度。

蠕变裂纹扩展速率:（da/dt）

• 影响高温蠕变裂纹扩展速率的主要因素:

1. 温度对蠕变裂纹扩展速率的影晌：

温度对蠕变裂纹扩展速率有明显的影响,随着温度的升高蠕变裂纹扩展速率也显著加快；当应力强度因子值一定时,蠕变裂纹扩展速率随温度的增加将会显著增加。

1. 蠕变速度对蠕变裂纹扩展速率的影响：蠕变速度对蠕变裂纹扩展有明显的影响。
2. 腐蚀性介质对蠕变裂纹扩展速率的影晌：

腐蚀性介质对蠕变裂纹扩展速率有非常明显的影响，但是，由于腐蚀性介质的种类非常多，包括：水、水蒸汽、氢等物质是加速钢材中裂纹扩展的有害介质。

• 如何进行在高温条件下研究高温蠕变裂纹扩展规律的研究？

考虑到对电厂汽轮发电机组等设备中重要高温零部件要求的安全使用寿命，汽轮机转子轴、叶轮、汽缸、叶片及紧固件, 燃气轮机的热端部件, 涡轮盘及燃烧室等，在运行过程中都会产生蠕变断裂，如何进行蠕变断裂方面的研究有效的提高这些高温服役条件下的零部件的寿命，成为高温材料开发工作者的一个课题。

一般为十万小时国外甚至有人设想改为二十万小时, 这就要求在一定温度、一定应力

和一定介质联合作用下, 带裂纹的高温构件庄使用十万小时或某规定时间后蠕变裂纹

仍不开始扩展, 或者扩展的达率极其缓慢, 而且在所规定的范围以内, 这样才可以认为构件是安全的。基于这个观点, 需要确定在高温持久应力和腐蚀性介质联合作用下带有裂纹的构件材料的裂纹开裂条件, 也就是需要测定蠕变裂纹处的“ 应力腐蚀界限应力强度因子”K_ISCCC值, 作为高温蠕变裂纹起始开裂判据, 即K_I<K_ISCC 时蠕变裂纹不扩展, 当K_I>K_ISCC时蠕变裂纹就扩展。

因此，设法把断裂力学有关概念及参数用来描述高温构件在持久应力和腐蚀性介质联合作用下的蠕变裂纹扩展规律及断裂状况, 其目的在于按照上述蠕变裂纹扩展规律的特性, 对带有裂纹的高温构件的安全性进行合理评价, 提出以蠕变裂纹起始开裂条件和蠕变裂纹扩展速率的极限值来进行定量估计的方法, 从而为高温构件提供抵抗蠕变裂纹扩展断裂判据。Bairoe 可以提供DCPD测量装置进行蠕变裂纹扩展速率的研究。

• 蠕变裂纹扩展长度的测量方法：

可采用金属紧凑拉伸（CT）试样施加恒定载荷，测定蠕变裂纹扩展速率da/dt，并给出da/dt和裂纹参量C（t）的关系。

蠕变裂纹扩展长度采用直流电位方法。

裂纹长度分辨力：1µm（根据扩展速率曲线决定）；