一种评估金属材料蠕变性能的实验方法技术

本发明专利技术公开了一种评估金属材料蠕变性能的实验方法，属于金属材料加速蠕变性能测试技术领域，包括以下步骤：1）制备蠕变试样，对其表面进行预处理；2）根据蠕变试样材料与加速蠕变实验温度选择合适的热电偶，在其表面中心部位焊捞电偶；3）基于受力分析方法确定蠕变试样的加载载荷与应力状态，在热模拟机Quiksim界面上编制二次开发的加速蠕变实验程序，设置加速蠕变实验参数；4）将蠕变试样装夹在热模拟机中，依次进行抽真空、升温、加载卸载循环工序进行加速蠕变实验；5）加速蠕变实验完成后，对蠕变试样断裂部分进行微观组织表征。本发明专利技术的实验方法能够缩短蠕变实验时间，提高评估合金服役性能的效率。役性能的效率。役性能的效率。

【技术实现步骤摘要】
一种评估金属材料蠕变性能的实验方法


[0001]本专利技术属于金属材料加速蠕变性能测试
，尤其是一种评估金属材料蠕变性能的实验方法。

技术介绍

[0002]合金因其优异的力学性能，已经成为材料领域不可或缺的明星材料。各合金由于其成分和含量的不同，应用领域也存在差异，但是合金制件普遍存在结构形状复杂的特点。利用合金材料制成重要的承力构件，其性能优化是材料领域研究的热点，国内外对合金力学性质的研究仍多数停留在泊松比、弹性模量、屈服强度、抗拉强度、延展率、热膨胀系数等参数随温度变化而引起的热弹塑性分析上。众所周知，蠕变是材料本身所固有的一种特性，是金属材料在恒定荷载和温度作用下，变形随时间的延续而不断累积的不平衡过程，它主要受温度和应力因素的影响。部分合金制件在极为恶劣的环境中运行，尤其是高温、高腐蚀等条件下，会使合金制件表现出强烈的应力蠕变性质。近年来许多研究人员对各类合金进行了大量的蠕变试验，研究表明，应力蠕变是合金构件的重要变形特征，是产生损伤甚至断裂的潜在因素。
[0003]同时为了评估各类合金的蠕变性能，提高合金蠕变寿命，通常需要进行大量长期的蠕变实验，严重制约了各类合金的设计与应用。传统的蠕变实验方法耗时长，也限制了材料服役性能的评估效率。
[0004]因此对于各类金属合金而言，亟需提供一种科学可靠的加速蠕变实验方法来高效评估合金蠕变性能。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种评估金属材料蠕变性能的实验方法，该方法蠕变实验耗时短，评估合金服役性能的效率高。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0007]一种评估金属材料蠕变性能的实验方法，包括以下步骤：1)制备蠕变试样，对蠕变试样表面进行预处理；2)根据蠕变试样材料与加速蠕变实验温度选择合适的热电偶，使用热电偶焊机在蠕变试样表面中心部位焊捞电偶；3)基于受力分析方法确定蠕变试样的加载载荷与应力状态，在热模拟机Quiksim界面上编制二次开发的加速蠕变实验程序，设置加速蠕变实验参数；4)将蠕变试样装夹在热模拟机中，依次进行抽真空、升温、加载卸载循环工序，进行加速蠕变实验；5)加速蠕变实验完成后，对蠕变试样断裂部分进行微观组织表征，评估金属材料蠕变性能。
[0008]优选的，预处理方式为：先用平面磨床对蠕变试样进行初打磨，然后依次用200目、600目、800目和1000目的砂纸打磨蠕变试样表面。
[0009]优选的，热电偶为K型热电偶，热电偶丝直径为0.025mm、响应时间为0.02s、材料为铂铑。
[0010]优选的，加速蠕变实验参数包括真空度、温度、升温速率、循环应变ε
a
、每次应力松弛时间t
b
、每次循环应变速率与每次卸载加载时间t0。
[0011]优选的，真空度为1
×
10
‑3～1
×
10
‑4pa、温度为550℃～750℃、升温速率为6～10℃/s、循环应变ε
a
为0.08～0.18、应力松弛时间t
b
均为100s、每次循环应变速率均为1s
‑1，每次卸载到加载时间t0小于1s。
[0012]优选的，对蠕变试样断裂部分进行微观组织表征，具体包括：
[0013]51)在蠕变试样断口附近或中间位置切取半圆柱形试样和0.5mm厚的薄片试样；
[0014]52)将半圆柱试样进行研磨与抛光，并采用草酸电解腐蚀，操作电压为3V，腐蚀后的半圆柱试样采用DM
‑
2500M型光学显微镜进行金相观察，并利用JSM
‑
7001F型场发射扫描电子显微镜及其附带的能谱进行组织观察和元素分析；
[0015]53)将薄片试样进行研磨，表面研磨精度为50μm，并在
‑
20℃的环境下利用电解减薄液进行减薄穿孔，电流为30mA，减薄后的薄片试样采用JEM
‑
2100型透射电子显微镜与JEM
‑
2100F型高分辨透射电镜进行微观组织观察，加速电压均为200kV。
[0016]优选的，在对蠕变试样断裂部分进行微观组织表征前，对蠕变试样进行分段淬火。
[0017]优选的，电解减薄液为HClO4与C2H6O按一定比例制成的混合液，其中HClO4与C2H6O的比列为1:9。
[0018]综上所述，本专利技术提供的加速蠕变实验方法操作简单，通过二次开发的加速蠕变实验程序在蠕变试样上施加弹塑性拉伸和压缩应变产生损伤累积，引入应力松弛循环，模拟常规蠕变实验合金微观结构的加速变化，可以有效减少蠕变断裂时间，降低合金中第二相的形核驱动力，缩短蠕变实验时间，效果科学可靠，揭示各类合金加速蠕变变形机理，为材料设计与应用提供理论参考，适合工业化推广，可有效节约成本，提高评估合金服役性能的效率。
附图说明
[0019]图1为本专利技术加速蠕变实验载荷曲线图；
[0020]图2为本专利技术的蠕变试样结构示意图；
[0021]图3为本专利技术在650℃和循环应变为0.120条件下的加速蠕变应力
‑
时间曲线图；
[0022]图4为本专利技术在650℃和循环应变为0.135条件下的加速蠕变应力
‑
时间曲线图；
[0023]图5为本专利技术在650℃和循环应变为0.150条件下的加速蠕变应力
‑
时间曲线图；
[0024]图6为本专利技术在650℃和循环应变为0.120条件下加速蠕变实验后AFA不锈钢微观组织的TEM图像；
[0025]图7为本专利技术在650℃和循环应变为0.135条件下加速蠕变实验后AFA不锈钢微观组织的TEM图像；
[0026]图8为本专利技术在650℃和循环应变为0.150条件下加速蠕变实验后AFA不锈钢微观组织的TEM图像。
具体实施方式
[0027]在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本专利技术更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本专利技术可以无需一个或多个这些细节而得以
实施。在其他的例子中，为了避免与本专利技术发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
[0028]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面结合具体实施例进一步说明本专利技术的技术方案。
[0029]实施1
[0030]选取AFA不锈钢最为研究对象，如图2所示，蠕变试样总长度为120mm、直径为12mm，在蠕变试样中心选取位置并标记出相应标记区，标距区长度为12mm、直径为6mm，标记区用于形成均匀加热区域，选用Gleeble
‑
3500热模拟机进行加速蠕变实验。
[0031](1)先用平面磨床对蠕变试样进行初打磨，然后依次用200目、600目、800目和1000目的砂纸打磨蠕变试样表面，蠕变试样表面粗糙度优于0.8um；
[0032](2)根据蠕变试样材料与加速蠕变本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种评估金属材料蠕变性能的实验方法，其特征在于，包括以下步骤：1)制备蠕变试样，对蠕变试样表面进行预处理；2)根据蠕变试样材料与加速蠕变实验温度选择合适的热电偶，使用热电偶焊机在蠕变试样表面中心部位焊捞电偶；3)基于受力分析方法确定蠕变试样的加载载荷与应力状态，在热模拟机Quiksim界面上编制二次开发的加速蠕变实验程序，设置加速蠕变实验参数；4)将蠕变试样装夹在热模拟机中，依次进行抽真空、升温、加载卸载循环工序，进行加速蠕变实验；5)加速蠕变实验完成后，对蠕变试样断裂部分进行微观组织表征，评估金属材料蠕变性能。2.根据权利要求1所述的一种评估金属材料蠕变性能的实验方法，其特征在于，预处理方式为：先用平面磨床对蠕变试样进行初打磨，然后依次用200目、600目、800目和1000目的砂纸打磨蠕变试样表面。3.根据权利要求1所述的一种评估金属材料蠕变性能的实验方法，其特征在于，热电偶为K型热电偶，热电偶丝直径为0.025mm、响应时间为0.02s、材料为铂铑。4.根据权利要求1所述的一种评估金属材料蠕变性能的实验方法，其特征在于，加速蠕变实验参数包括真空度、温度、升温速率、循环应变ε
a
、每次应力松弛时间t
b
、每次循环应变速率与每次卸载加载时间t0。5.根据权利要求4所述的一种评估金属材料蠕变性能的实验方法，其特征在于，真空度为1
×
10
‑3～1
×
10
‑4pa、温度为550℃～750℃、升温...

【专利技术属性】
技术研发人员：周洲，杨玉艳，林伟，刘庆涛，董晓辉，罗锐，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：