一种测量材料高温蠕变裂纹扩展门槛值的方法

摘要

一种测量材料高温蠕变裂纹扩展门槛值的方法，步骤为：对某种具体材料按照蠕变裂纹扩展试验要求，加工不少于6件的标准紧凑拉伸试件，将加工好的不少于6件的试件在疲劳性能试验机进行裂纹预制，预制后的裂纹长度为0.5倍试件宽度；将楔形块楔入试件初始切口之内，使楔形块的平直部分最前端处于加载线的位置，为加载线处提供位移，在试件裂纹尖端处形成以应力强度因子来表征的应力应变场，为蠕变裂纹扩展提供驱动力；具有不同初始应力强度因子的试件在高温环境下由于蠕变效应，在一定的时间后将发生扩展，相同时间间隔中裂纹扩展的长度将不相同；将不同的应力强度因子与所对应的裂纹扩展速率作图，利用外推方法求得该材料的蠕变裂纹扩展门槛值。本发明一次可进行多个试件的试验，使得试验成本和时间大大降低。

主权项

一种测量材料高温蠕变裂纹扩展门槛值的方法，其特征在于实现步骤如下：第一步，加工试件对某种具体材料按照蠕变裂纹扩展试验要求，加工不少于6件的标准紧凑拉伸试件（1），试件宽度为20mm，厚度为10mm，试件的初始切口的长度（3）为0.45倍试件宽度，即9mm，初始切口高度为2mm，满足楔形块（2）楔入之后能在加载线（6）位置产生垂直裂纹面的一定的位移；第二步，预制裂纹将加工好的不少于6件的试件（1）在疲劳性能试验机上进行裂纹预制，预制后的裂纹长度（4）为0.5倍试件宽度，即10mm；所述不少于6件的试件（1）具有相同长度预制裂纹；第三步，装配试件将楔形块楔入试件（1）初始切口之内，使楔形块（2）的平直部分最前端（5）处于加载线（6）的位置，为加载线处提供位移，在试件裂纹尖端形成以应力强度因子来表征的应力应变场，为蠕变裂纹扩展提供驱动力；加入不同厚度的楔形块（2），使得加载线（6）处的位移不同，试件裂纹尖端具有不同的应力强度因子；第四步，安装试件将第三步装配好的试件以切口端朝上置于电阻丝加热高温炉中间部位，保证试件在高温环境下受热均匀；高温炉温度范围为300‑1000℃；第五步，升温及保温采用电阻丝高温炉加热试件，使试件在60分钟内加热升温到指定温度（如650℃），然后保温30分钟后开始计时，此时试件的各个部位受热已均匀；保温过程中电阻丝高温炉温度波动不超过±2℃；第六步，裂纹扩展从计时开始保温20小时后将试件从电阻丝高温炉中取出，待试件温度冷却至室温后在工具显微镜下测量裂纹长度。测量完所有试件的裂纹长度后，如果裂纹扩展量不大于0.1mm，重复第四步、第五步及第六步的裂纹长度测量过程；如果测量到的裂纹扩展量大于0.1mm，则将保温时间间隔变为10小时后重复第四步、第五步及第六步的裂纹长度测量过程；第七步，数据处理在给定的高温环境下，由于蠕变效应，一定时间后具有不同应力强度因子的试件的裂纹将向前扩展不同的长度，裂纹扩展长度Δa与保温时间Δt的比值记为蠕变裂纹扩展速率da/dt，即da/dt=Δa/Δt，不同的试件具有不同的裂尖应力强度因子和裂纹扩展长度，因此具有不同的裂纹扩展速率；每件试件具有特定的应力强度因子和蠕变裂纹扩展速率，以应力强度因子为横坐标、裂纹扩展速率为纵坐标将试验数据点作图，得到应力强度因子和裂纹扩展速率的关系图；将关系图中的试验数据点按照数据外推的方法，得到裂纹扩展速率为 1×10‑6m/h时所对应的应力强度因子，此应力强度因子即为该材料在该特定温度下的蠕变裂纹扩展门槛值。