金属力学性能蠕变测试

检测范围 就金属力学性能而言，大家平时接触多的是常温下的单向拉伸试验，得到的是我们熟悉的应力-应变曲线。在能源、化工、冶金、航空航天等领域，很多零部件必须长期在高温条件下服役，如电厂超超临界火电机组运行参数可达26.25MPa，600℃。对于在此条件下服役的金属材料，如果仅以常温短时静载下的力学性能作为设计选材依据显然是不够的，因为在高温服役环境下材料的力学性能会发生显著变化。
材料在工作应力小于该工作温度下材料的屈服强度的情况下，在长期服役过程中也会发生缓慢而连续的塑性变形(即蠕变现象)。通常，当T/Tm>0.3时，蠕变现象才会比较显著，如通常碳钢超过300℃、合金钢超过400℃出现蠕变效应。
说到蠕变机理，金属的蠕变变形主要通过位错滑移、原子扩散等机理进行的。可以简化理解成高温环境为金属材料提供了额外的热激活能，使得位错、空位等缺陷更活跃，更容易克服障碍;在长期应力作用下缺陷的移动具有一定方向性，使得变形不断产生，发生蠕变。当缺陷累计到一定程度，在晶粒交会处或者晶界上第二相质点等薄弱位置附近形成空洞，萌生裂纹并逐渐扩展，终导致蠕变断裂。
想要很好的认识蠕变现象，还要从典型蠕变曲线开始说起。实际工作中通常采用尝试法选择应力。也有些学者提出运用一些方法更有目的地选择应力。
试验过程详解试验条件
确认试验设备条件，如试验机同轴度、审查测量装置精度、加热装置温度允许偏差等;制备合格试样，如形状和尺寸、样品制备、尺寸标记等;试验过程：根据试验方案进行试验，注意试验中试样加热、试验力施加、温度和伸长的记录等要求;[4]数据处理：通过数据计算或绘制双对数关系曲线，获得应力-稳态蠕变速率关系。例：某合金454℃稳态速率为10-5%/h的蠕变应力试验采用某型机械式持久试验机力值精度1级，计算机采集数据。试样根据蠕变试样图制备。试验在5个应力水平下进行，每个应力水平重复3件。
高温拉伸持久试验方案设计也应从服役条件出发，但对于设计寿命为数万乃至数十万小时的部件来说，要进行如此长时间的试验是比较困难的。例如普通商用核电站关键设备的设计寿命一般是40年，完成40年的高温拉伸持久试验之后才能判断材料的可用性，这个时间成本太高了。和蠕变试验相似，一般作出一些应力较大、断裂时间较短(数百至数千小时)的试验数据，通过数据处理建立应力-断裂时间之间的关系，用外推法求出数万至数十万小时的持久强度极限。例：某合金454℃下100000h的持久强度试验采用某型机械式持久试验机力值精度1级，计算机采集数据。试样根据持久试样图制备。试验在6个应力水平下进行，每个应力水平重复3件。
一般用外推法求蠕变极限，其蠕变速率只能比低试验点的数据低一个数量级，否则外推值不可靠;同样，对于持久强度试验，限制外推时间不超过长试验时间一个数量级，以使外推结果不致误差太大。这在实际应用中是具有可操作性性的，相较于40年的设备寿命而言，用4年时间来评估材料的适用性还是可以接受的。