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原文传递一种基于蠕变变形机制的高温蠕变寿命预测方法

专利名称：	一种基于蠕变变形机制的高温蠕变寿命预测方法
摘要：	本发明提供一种基于蠕变变形机制的高温蠕变寿命预测方法，包括在不同试验温度下，对材料进行不同应力水平的蠕变断裂试验；根据蠕变断裂试验，建立稳态/最小蠕变应变率与应力σ、温度T之间的函数关系，记为式1；根据式1，得到蠕变应变ε随蠕变时间t变化的关系，记为式2；根据式2，得到蠕变断裂时间tr的计算式；考虑晶粒尺寸影响，得到修正的蠕变断裂时间tr′；采用90％断裂寿命处的应变作为蠕变延性修正延性耗竭法，得到蠕变应变ε0.9与的关系；根据tr′、ε0.9的表达式，得到蠕变寿命计算式。本发明高温蠕变寿命预测方法考虑不同蠕变机制作用、尺寸效应以及蠕变断裂时塑性变形的影响，能精确预测材料在高温蠕变下的寿命。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	浙江;33
申请人：	浙江工业大学
发明人：	闾川阳;王鹏;贺艳明;杨建国;高增梁
专利状态：	有效
申请日期：	2022-10-14T00:00:00+0800
发布日期：	2023-01-10T00:00:00+0800
申请号：	CN202211260461.3
公开号：	CN115586070A
代理机构：	杭州浙科专利事务所(普通合伙)
代理人：	巩延亮
分类号：	G01N3/08;G01N3/06;G;G01;G01N;G01N3;G01N3/08;G01N3/06
申请人地址：	310014 浙江省杭州市拱墅区潮王路18号
主权项：	1.一种基于蠕变变形机制的高温蠕变寿命预测方法，其特征在于，包括以下步骤： S1：在不同试验温度下，对材料进行不同应力水平的蠕变断裂试验； S2：根据所述蠕变断裂实验的结果，建立所述材料的稳态/最小蠕变应变率与应力σ、温度T之间的函数关系式； S3：根据上述稳态/最小蠕变应变率与应力σ、温度T之间的函数关系式，得到蠕变应变ε随蠕变时间t变化的函数关系； S4：根据上述蠕变应变ε随蠕变时间t变化的函数关系，得到蠕变断裂时间tr的计算式； S5：考虑尺寸效应，得到修正后上述蠕变断裂时间tr′的计算式； S6：采用90％断裂寿命处的应变ε0.9作为蠕变延性的延性耗竭法，得到蠕变延性ε0.9与稳态/最小蠕变应变率的函数关系式； S7：根据所述稳态/最小蠕变应变率与应力σ、温度T之间的函数关系式，所述修正后的蠕变断裂时间tr′的计算式，所述蠕变延性ε0.9与稳态/最小蠕变应变率的函数关系式，得到蠕变断裂时间tr′与应力σ、温度T的函数关系式，预测所述材料的蠕变寿命。 2.根据权利要求1所述的基于蠕变变形机制的高温蠕变寿命预测方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括如下步骤： S21：采用诺顿幂律方程形式，不同蠕变变形机制下蠕变应变率与应力σ、温度T之间的函数关系表示为：式(1)中，i＝s，g，c；s表示晶界滑移蠕变机制，g表示位错滑移蠕变机制，c表示位错攀移蠕变机制；A表示材料常数，n表示应力指数；Q表示蠕变激活能；R表示摩尔气体常数，R＝8.314J/(K·mol)； S22：采用BMD方程，改写式(1)，并采用抗拉强度σT或弹性模量E规则化应力σ(为书写方便，只列了用抗拉强度σT规则化应力的公式，但公式中σT均可用E代替)，改写后蠕变应变率与应力σ、温度T之间的函数关系表示为：式(2)中，A0表示材料常数；D0表示扩散系数；k表示Boltzmann常数；E表示材料在试验温度下的弹性模量；b表示柏氏矢量； S23：各变形机制蠕变速率线性累加，得到稳态/最小蠕变速率为：式(3)中，Ai′＝Ai0Di0(b/k)； S24：引入真应力应变关系： σ＝σ0exp(ε) (4-a) ε＝ln(1+e) (4-b) 式(4-a)、(4-b)中，σ0表示名义工程应力，e表示工程应变； S25：考虑位错攀移蠕变变形机制导致的位错增值效应：式(5)中，当i＝s、g时，Mi＝0；M表示位错增值系数； S26：根据式(4-a)、式(5)，并利用泰勒级数展开得到：式(6)中， 3.根据权利要求1所述的基于蠕变变形机制的高温蠕变寿命预测方法，其特征在于，所述步骤S3包括如下步骤： S31：对式(6)积分得到蠕变第二阶段蠕变应变εss： S32：根据晶界滑移蠕变变形机制下瞬态蠕变计算公式，蠕变应变ε随蠕变时间t变化的函数关系表示为：式(8)中，εe0表示初始弹塑性应变；表示第一阶段的蠕变应变，β表示材料常数，H表示晶界滑移机制加工硬化系数；(当i＝s时)，表示第一阶段蠕变时间。 4.根据权利要求1所述的基于蠕变变形机制的高温蠕变寿命预测方法，其特征在于，所述步骤S4建立的蠕变断裂时间tr计算式为： 5.根据权利要求1所述的基于蠕变变形机制的高温蠕变寿命预测方法，其特征在于，所述步骤S5建立的蠕变断裂时间tr′计算式为：式(10)中，p为晶粒尺寸指数。 6.根据权利要求5所述的基于蠕变变形机制的高温蠕变寿命预测方法，其特征在于，所述步骤S5中，考虑晶粒尺寸的影响。 7.根据权利要求1所述的基于蠕变变形机制的高温蠕变寿命预测方法，其特征在于，所述步骤S6建立的延性耗竭法计算式为： 8.根据权利要求7所述的基于蠕变变形机制的高温蠕变寿命预测方法，其特征在于，所述步骤S6中，采用90％断裂寿命处的应变作为蠕变延性，得到ε0.9与稳态/最小蠕变应变率的函数关系式。 9.根据权利要求1所述的基于蠕变变形机制的高温蠕变寿命预测方法，其特征在于，所述步骤S7建立的蠕变断裂时间tr′与应力σ、温度T函数关系式为：