断面收缩对9Cr-1Mo钢蠕变性能的影响

长期在蠕变条件下服役的部件，当其厚度、断面、几何形状或显微组织发生突然改变时，通常容易发生断面收缩蠕变变形。鉴于9Cr-1Mo钢有可能被用作硫冷却快速核反应堆的包裹材料，研究人员对其在断面收缩条件下的蠕变变形进行了研究。首先，在直径为5mm的圆柱形蠕变试样上制成拥有不同缺口尖锐度的圆周U形缺口，通过把缺口根半径从5mm减少至0.25mm提高断面收缩程度，然后在873K（600℃）、110至210MPa的应力条件下分别对普通试样和缺口试样进行蠕变试验，通过连续损伤力学（CDM）和有限元分析（FE）对9Cr-1Mo钢试样的蠕变变形和断裂行为进行分析。试验结果如下：

　　（1）在断面收缩条件下（即有缺口的圆柱形试样中），9Cr-1Mo钢的蠕变断裂强度得到增强，增强幅度随断面收缩程度的提高而减小，当断面收缩程度达到某一较高数值时，试样的蠕变断裂强度趋于饱和；

　　（2）当断面收缩程度较低时（浅缺口，缺口尖锐度较低），可观察到塑性引起的韧窝状晶内韧性断裂。当断面收缩程度较高时（尖缺口，缺口尖锐度较高），可观察到蠕变成穴引起的晶间脆性断裂。浅缺口的蠕变损伤始自缺口喉部平面的中央位置，而尖缺口的蠕变损伤则始自缺口根部；

　　（3）缺口喉部平面的最大主应力与静液压应力的变化峰值高于净外加应力。随着缺口尖锐度的增加，峰值变大，位置从缺口平面的中央转移到缺口根部附近。冯米斯（von-Mises）应力随缺口尖锐度的增加而减小，仍低于净外加应力；

　　（4）通过对缺口的应力状态进行连续损伤力学（CDM）和有限元分析，估算断面收缩条件下9Cr-1Mo钢的蠕变断裂寿命，编写用户材料子程序VUMAT，以计算缺口试样的应力、蠕变应变、损伤和断裂寿命。