[发明专利]一种利用硬度对热老化材料低周疲劳寿命的无损预测方法

说明书

本发明涉及一种利用硬度对热老化材料低周疲劳寿命的无损预测方法，其特征在于：所述预测方法的步骤为：S1、测量并获得未老化及老化材料的应变‑寿命曲线；S2、测量材料在未老化及热老化过程中的表面硬度，并建立材料硬度与循环强度系数K’与循环应变硬化指数n’的数学关系；S3、将步骤S2中建立的K’与n’的数学关系代入Basquin‑Manson‑Coffin方程中，确立表面硬度与疲劳寿命的数学关系；S4、获得硬度与预测疲劳寿命之间的通用关系。本发明设计科学合理，测量简便快速，提高预测效率，能够为材料的使用安全提供保障；同时，仅需未老化及少量老化试验的数据，从而实现此材料下对所用老化温度和时长下的疲劳寿命进行预测，大大减少了实验数量。

技术领域

本发明属于热老化下的疲劳寿命预测技术领域，涉及低周疲劳寿命预测，特别涉及一种利用硬度对热老化材料低周疲劳寿命的无损预测方法。

背景技术

核电用材料长期处于280～320℃范围内时易发生相转变导致热老化脆性，使得材料的塑性、韧性降低而硬度、脆性增加，从而增加了构件突发失效的可能性,影响核电站的安全运行。研究表明，热老化主要由不锈钢中铁素体相的不稳定性造成，包括铁素体的调幅分解及在铁素体与奥氏体相界处发生的析出反应等。

疲劳就是材料在循环应力和应变作用下，在一处或几处产生永久性累积损伤，经一定循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂的过程。而疲劳破坏是核电材料的主要失效形式。尤其是在热老化下的低周疲劳破坏更是核电材料的最主要的失效形式。因此对于热老化下的低周疲劳分析在设计中占有重要的地位。

在工程设备的设计与寿命评估工作中，往往需要通过试验测试材料的低周疲劳寿命，作为材料设计与评估的依据。但由于加速老化试验所需要的时间很长，而工程应用上往往不具备充足的老化时间。因此，以原始态材料的疲劳寿命为基础进行老化材料的寿命预测对于材料的寿命评估具有重要意义。

在工程设备的设计与寿命评估工作中，Basquin-Manson-Coffin被广泛采用。研究发现，核电材料热老化后的疲劳寿命能用Basquin-Manson-Coffin公式进行预测：

其中：是总应变塑性振幅，σ′_f是疲劳强度系数，b是疲劳强度指数，∈′_f是疲劳延性系数，c是疲劳延性指数。

而硬度是材料的一个基本性能，且在热老化中，硬度随着热老化时间的变化而变化，根据硬度进行疲劳寿命的预测，充分考虑到了使用过程中强化的变化特征，使疲劳寿命预测更加科学和准确。且硬度的测量简单方便，对材料表面也没有太大的伤害，因此，通过表面硬度变化进行预测是一种简单、快速的无损预测方法。

本专利申请将硬度引入疲劳寿命的检测公式，能够直接利用热老化过程中材料测得的硬度来估算核电材料在热老化作用下的低周疲劳寿命，为核材料的安全提供有力的保障。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种利用硬度对热老化材料低周疲劳寿命的无损预测方法，测量简便快速，提高预测效率，能够为材料的使用安全提供保障。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种利用硬度对热老化材料低周疲劳寿命的无损预测方法，其特征在于：所述预测方法的步骤为：

S1、测量并获得未老化及老化材料的应变-寿命曲线；

S2、测量材料在未老化及热老化过程中的表面硬度，并建立材料硬度与循环强度系数K’与循环应变硬化指数n’的数学关系；

S3、将步骤S2中建立的K’与n’的数学关系代入Basquin-Manson-Coffin方程中，确立表面硬度与疲劳寿命的数学关系；

S4、获得硬度与预测疲劳寿命之间的通用关系：