《高溫服役構件蠕變狀態的多參數化表征與剩餘壽命預測》是依託西北大學，由劉新寶擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：高溫服役構件蠕變狀態的多參數化表征與剩餘壽命預測
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉新寶
- 依託單位：西北大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
石油化工、能源動力和航空航天等眾多領域，許多金屬構件長期服役在高溫、高壓條件下，使得蠕變成為制約其完整性和安全運行的一個重要因素。非線性超聲和電磁聲諧振等無損檢測技術的不斷發展,近年來成為研究高溫構件蠕變狀態的有力工具。同時連續介質蠕變損傷力學CDM模型由於其明確的表達形式，近來也越來越受到重視。然而現有研究採用的參數往往比較單一，未能建立起所選參量與傳統CDM中損傷程度之間的量化模型。因此，針對金屬材料蠕變過程具有的時間相關性和內部微結構演化的多尺度特點，本項目擬提出基於多參數化表征（非線性超聲縱波參數和橫波電磁聲諧振超聲衰減係數）的無損檢測技術與改進蠕變損傷本構模型的有機結合用於服役構件蠕變狀態與剩餘壽命的研究，從蠕變過程內部微結構演化的角度探討用非線性超聲和電磁聲諧振等技術如何全面、準確地表征服役構件的蠕變狀態，在此基礎上實現對複雜服役歷史條件下高溫服役構件蠕變剩餘壽命的定量預測。
結題摘要
本項目以石油化工、能源動力和航空航天等眾多領域發生的高鉻耐熱鋼構件蠕變破壞現象為研究對象，首先在580℃、600℃和620℃條件下分別進行了多個應力水平的持久蠕變和間斷蠕變實驗（總計100個）。隨後，套用TTP參數法（包括Larson-Miller參數法、OSD參數法以及Wilshire模型等）、基於蠕變曲線的改進Theta法模型和具有單一損傷因子的K-R模型分別對長時蠕變壽命進行了外推預測。接著，採用非線性超聲NLU法、傳統超聲UT法和電磁諧振EMAR等方法對所有蠕變試樣進行了無損檢測實驗，同時利用IF內耗測量、XRD、SEM以及EBSD等手段從多個角度分析了不同蠕變狀態下表征參數的變化規律。在此基礎上，通過引入位錯動力學和連續損傷力學等相關理論，結合Orawan方程構建了基於內部多尺度微觀結構演化行為的高鉻耐熱鋼蠕變本構模型（具體由6個未知參數和9個常微分方程組成），並對已獲得的蠕變數據成功實施了反向求解。上述結果表明，無論是TTP參數法、改進Theta法還是K-R模型，在外推長時蠕變壽命時都存在估計精度不夠問題。其次，非線性超聲NLU的表征參數在蠕變第一階段和第二階段發生顯著增加。相比之下，EMAR、UT兩種方法的超聲衰減係數均在蠕變第三階段快速遞增。此外，利用上述本構模型從組織演化的角度成功闡明了所用多表征參數隨蠕變狀態變化的微觀物理機制，並對複雜服役歷史條件下的蠕變剩餘壽命進行了定量分析。這些成果均為上述領域內高溫、高壓服役構件的健康狀況評價提供了重要數據與理論依據，同時也為進一步提高已有高溫耐熱鋼材料的蠕變強度進行了有益探索。
