[发明专利]一种材料的高温蠕变寿命加速试验方法

说明书

技术领域

本发明属于材料试验技术领域，具体地说，涉及一种材料的高温蠕变寿命的预测方法，尤其是基于短时应力松弛的蠕变寿命加速试验技术。 

背景技术

传统的高温蠕变寿命试验需要持续较长时间，所获得的寿命数据仅能实现3倍的外推。一方面限制了新材料的推广应用(需要进行长时间的基础实验，以提供寿命设计的基础数据)，另一方面，较长时间的高温试验，浪费了大量的人力物力，同时也与当今节能降耗的国家重要政策相悖。 

目前，关于高温材料性能松弛-蠕变转换方法有两种，一种是纯粹的作图法，另一种是计算与作图相结合的方法。前者过多地受人为因素的影响，转换精度较低，具有较大的局限性。后者则是通过一个松弛试验，直接导出人为设定的应力-应变速率关系。这些方法都不可避免导致较大误差，主要因为松弛应力-应变速率关系强烈依赖于初始应力，而且过短的松弛试验时间，尤其不到24小时的应力松弛试验，很难获得稳定的应变速率结果；另一方面，为实现加速过度增加的松弛初应变造成塑性变形成为主控因素，由此得到的外推蠕变数据则非常牵强和武断，转换精度不可避免的低下，其科学性和可行性受到了质疑。 

因此，亟需研究更加科学的高温寿命加速试验方法。 

发明内容

本发明目的是，提供一种材料的高温蠕变寿命加速试验方法，能够由短时松弛试验数据获得大量蠕变性能数据的精确关联及计算，从而减少费时费力的高温试验量。 

本发明提供的方法，包括以下步骤： 

A、获取材料松弛应力数据； 

B、利用数值微分技术对松弛应力进行微分处理，构建松弛速率-应力曲线； 

C、构建松弛蠕变速率-应力曲线； 

D、构建蠕变曲线； 

E、建立Norton蠕变方程； 

F、根据获得的Norton蠕变方程进行设计应力下的蠕变速率的计算，从而获得预测的蠕变寿命。 

根据本发明，材料的松弛应力数据通过短时应力松弛试验获取，或者直接引用现成的数据(如果有)；短时应力松弛试验获取松弛应力数据的具体步骤如下： 

使用松弛试验机，进行同温下高温部件材料的不同初应力而相同的终端应力的短时应力松弛试验，试验时间由统一的设计终端应力确定，以此获得松弛数据，该数据包括4组以上的松弛试验的时间-应力数据。 

根据本发明，所述构建松弛蠕变速率-应力曲线的步骤如下： 

a、对松弛方程微分得到以下松弛蠕变速率方程： 

其中松弛方程为ε_e+ε＝ε₀＝const，ε₀是总应变，ε_e是弹性应变，ε为蠕变应变，&^σ为应力松弛速率，&_c^ε为松弛蠕变速率，E是弹性模量，通过松弛试验加载过程，由σ₀/ε₀求出，σ₀为初应力； 

b、根据以上松弛蠕变速率方程计算松弛蠕变速率，构建松弛蠕变速率-应力曲线。 

根据本发明，所述构建蠕变曲线的步骤如下： 

a、任取一应力，根据以下方程计算出蠕变应变： 

ϵ=ϵ0-ϵe=ϵ0-σE;]]>

b、横截所述的松弛蠕变速率-应力曲线，交点即为松弛蠕变速率&_c^ε，由下式计算蠕变时间： 

c、每取一应力σ即得到一组相应的ε和t，由多个应力σ得到多组ε和t，从而绘制一簇时间-蠕变应变曲线。 

根据本发明，所述建立Norton蠕变方程的步骤如下：