SA336F22高温蠕变试验

415
115.42
0.00867000
试样原号
280‐1 280‐2 280‐3 300‐1 300‐2 300‐3 320‐1 320‐2 320‐3 335‐1 335‐2 335‐3 345‐1 345‐2 345‐3
表 5 482℃蠕变试验数据汇总表
试验应力
试验时间 稳态蠕变速率
σ
τ
υ
MPa
标准值*
450
455
181
‐
‐
482‐1
482
490
440
18.5
80.0
482‐1
482
490
435
20.0
80.0
482‐1
482
490
435
19.5
78.0
标准值*
475
439
178
‐
‐
*注：标准值为 ASMEⅡ卷 材料 D 篇性能（2007 版）资料，得到 SA-336 F22V 即 2 1/4Cr-1Mo-V
图 1 持久试样图
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Φ18-0.1 Φ16
Φ10±0.02
M16
Φ6.35±0.01 M12×1.75
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图 2 蠕变试样图
图 3 拉伸试样图
3. 试验设备 室温及高温拉伸试验采用 INSTRON 电子拉伸试验机进行试验
机力值精度 1 级，计算机采集数据。持久试验采用吴忠生产的 RD2‐3 型机械式持久试验机力值精度 1 级，计算机采集数据。蠕变试验 采用 RD2‐3 及 RC‐09100 型机械式持久试验机力值精度 1 级，计算 机采集数据。
试验坯料由二重提供，坯料经粗加工成型后进行热处理，热处理 后进行精加工，热处理状态为 705℃×16h+2，成品持久试样长 66mm 中间工作部分直径 5mm 共 38 件，成品蠕变试样长 183mm 中间工作 部分直径 10mm 共 30 件，成品拉伸试样长 78mm 中间工作部分直径 6.35mm 共 10 件，试样具体尺寸见图 1、图 2、图 3。
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图 7 454℃下稳态蠕变速率—试验应力曲线图
图 8 482℃下稳态蠕变速率—试验应力曲线图
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得到的外推公式及蠕变速率为 10‐5 %/h 下的蠕变极限分别为： 454℃：σ=502.5476υ0.0416 相关系数 R=0.9026 σ4540.00001%=311MPa 482℃：σ=475.0215υ0.0641 相关系数 R=0.9476 σ4820.00001%=227MPa
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SA‐336(F22V 级)454℃和 482℃持久蠕变 试验报告
1. 试验依据 试验依据《ASTM E139‐06 金属材料蠕变和持久断裂试验方法》、
《ASTM E8/E8M‐2008 金属材料拉伸试验方法》、《ASTM E21‐2009 金 属材料高温拉伸试验方法》及《SA‐336（F22V 级）454℃和 482℃持 久蠕变试验大纲》，主要考察材料在 454℃和 482℃两个温度下的 100000h 持久强度外推和稳态蠕变速率为 10‐5%/h 的蠕变应力外推数 据。 2. 样品制备
式（1）两边取对数有：
Lgσ =LgA-BLgτ
（2）
式（2）说明 lgτ~lgσ呈线性相关，是等温外推应用较普遍的
方法。按照上述理论模型及现有试验数据得到在双对数坐标下的
试验时间—试验应力曲线如图 4、图 5 所示。
图 4 454℃下试验时间—试验应力曲线图
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350
3812.83
350
2525.68
325
7730.42
325
9954.32
325
9055.50
表 3 482℃持久试验数据汇总表
试验应力
试验时间
σ
τ
MPa
h
410
22.42
410
40.50
395
56.73
395
57.50
395
50.00
360
346.20
360
236.02
360
193.93
320
完成总试验时间为 39624.09 小时，482℃持久试验完成总试验时间
为 32921.27 小时。按照现有完成的试验数据进行等温外推，根据
White 和 Clarke 理论模型双对数外推公式为：
σ=A τ‐B
（1）
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式中：τ—断裂时间（h）;σ—施加应力（MPa）；A、B—材料常数。
在 454℃、482℃下各进行一组蠕变试验，每组试验分别在 5 个
应力水平下进行，每个应力水平重复 3 件。试验结果见表 4 及表 5。
蠕变试验的目的是得到材料在一定的试验条件下（温度、应力）
蠕变速率达到稳定阶段时的稳态蠕变速率。以图 6 为例曲线中间部分
呈线性关系，直线的斜率即为稳态蠕变速率。
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h
%/h
280
797.25 +3000 0.00016880
280
1993.00 +3000 0.00040070
280
2284.00+3000 0.00035200
300
983.58
0.00059050
300
700.50
0.00141400
300
600.50 +1000 0.00164700
320
钢锻件的标称指标，标称指标的温度接近试验温度，供参考。
5. 持久试验
在 454℃、482℃下各进行一组持久试验，每组试验分别在 5
个应力水平下进行，每个应力水平重复 3 件。试验结果见表 2 及
表 3。
试样原号
455‐1 455‐2 435‐1 435‐2 435‐3 405‐1 405‐2
表 2 454℃持久试验数据汇总表
试样原号
350‐1 350‐2 350‐3 365‐1 365‐2 365‐3 380‐1 380‐2 380‐3 405‐1 405‐2 405‐3 415‐1 415‐2 415‐3
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表 4 454℃蠕变试验数据汇总表
试验应力
试验时间 稳态蠕变速率
试样原号
410‐1 410‐2 395‐1 395‐2 395‐3 360‐1 360‐2 360‐3 320‐1 320‐2 320‐3 292‐1 292‐2 292‐3 280‐1 280‐2 280‐3
405
204.67
380
704.53
380
706.85
380
664.00
350
3095.40
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0.8
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4. 拉伸试验
根据试验大纲的要求选取 9 根试样进行室温、454℃、482℃下的
拉伸试验试验结果见表 1。
试样原号
试验温度 ℃
表 1 拉伸试验结果汇总表
抗拉强度 屈服强度 断后伸长率
Offset=0.2%
MPa
MPa
L0=5D %
断面收缩率 %
RT‐1
25
645
535
25.0
78.0
RT‐2
25
640
525
21.5
77.5
RT‐3
25
645
530
23.5
78.0
标准值*
‐30~40
517
207
‐
‐
454‐1
454
510
455
18.5
79.0
454‐1
454
510
445
17.5
77.5
454‐1
454
505
445
18.0
75.5
407.00
0.00195900
320
406.00
0.00118600
320
407.50
0.00132100
335
142.83
0.00491900
335
265.00
0.00414600
335
197.75
0.00435700
345
118.25
0.00602200
345
117.25
0.00535400
345
图 5 482℃下试验时间—试验应力曲线图
得到的外推公式及 105 小时下的持久强度极限分别为：
454℃：σ=523.7509τ‐0.0497 相关系数 R=0.9739 482℃：σ=527.0452τ‐0.0716 相关系数 R=0.9903 6. 蠕变试验
σ45410000=296MPa σ48210000=231MPa
σ
τ
υ
MPa
h
%/h
350
941.00 +3000 0.00022610
350
1379.00 +3000 0.00029910
350
900.33 +3000 0.00027980
365
765.47 +1000 0.00014190
365
1149.00
0.00039540
365
1085.25
0.00041320
1248.05
320
1210.02
320
1146.12
292
4336.17
292
2400.90
292
2413.25
280
7229.13
280
5346.60
280
6587.73
备注
由上表可以看出 454℃、482℃持久试验均还差最后一组各两
件试样未能完成，预计试验时间约为 8000 小时。454℃持久试验
149.50
0.00641900
备注 备注
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图 6 试验时间—蠕变总伸长率曲线图
目前，蠕变试验已经完成，其中 454℃蠕变试验完成总试验时间 为 17940.21 小时，482℃蠕变试验完成总试验时间为 19569.91 小时。 依据表 4、表 5 的试验数据按照与持久试验类似的方法对稳态蠕变速 率与试验应力之间的关系进行双对数拟合，拟合后的双对数曲线见图 7、图 8。
第 10 页 共 10 页
380
196.50
0.00166800
380
245.00
0.00265300
380
477.25
0.00129300
405
211.32
0.00350000
405
116.00
0.00717400
405
156.00
0.00359900
415
100.00
0.00828500
415
102ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ67
0.00879700
试验应力
试验时间
σ
τ
MPa
h
455
7.35
455
9.42
435
72.42
435
61.78
435
32.42
405
548.83
405
437.67
备注
第 3 页 共 10 页
国家钢铁材料测试中心/国家钢铁产品质量监督检验中心
405‐3 380‐1 380‐2 380‐3 350‐1 350‐2 350‐3 325‐1 325‐2 325‐3