一种预测材料蠕变速率的新模型

李菁田; 王建录; 张邦强; 荣曦明; 宁西京

doi:10.7498/aps.63.028101

摘要

长期以来，由于对材料蠕变过程缺乏清晰的微观物理描述，人们均使用经验公式预测稳态蠕变速率，这导致预测结果的不可靠. 将单原子统计模型拓展到该领域，在原子扩散水平上建立了一个预测材料稳态蠕变速率的模型. 为了检验该模型的可靠性，实验测量了42CrMoA，2Cr12Ni，1Cr12Mo三种材料的稳态蠕变速率. 所获得的实验结果以及其他文献的实验测试结果均与新模型的计算结果相符合.

关键词:

For a long time, empirical formulars have been used to predict the steady-state creep rate due to lack of clear microscopic description of the mechanism, which frequently leads to unreliable predictions. In this work, a statistical model of single atom developed recently is used to predict the steady-state creep rate at an atomic diffusion level. To test the model, we measure the creep rates of three kinds of materials, i.e., 42CrMoA, 2Cr12Ni, and 1Cr12Mo, and collect the experimental data of other materials, such as IN738LC and K435. The results show that our theoretical predicts are in good agreement with the experimental results.

Keywords:

作者及机构信息

1.
复旦大学现代物理研究所, 上海 200433;

2.
东方汽轮机有限公司, 德阳 618000;

3.
复旦大学光科学与工程系, 上海 200433

基金项目: 国家自然科学基金（批准号：51071048）资助的课题.

Authors and contacts

1.
Institute of Modern Physics, Fudan University, Shanghai 200433, China;

2.
Dongfang Turbine Co. Ltd., Deyang 618000, China;

3.
Department of Optical Science and Engineer, Fudan University, Shanghai 200433, China

Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 51071048).

参考文献

[1]	Bressers J 1981 Creep and Fatigue in High Temperature Alloys (London：Applied Science Publishers Ltd.) pp 1–5
[2]	Lin Y C, Xia Y C, Chen M S, Jiang Y Q Li L T 2013 Comput. Mater. Sci. 67 243
[3]	Marahleh G, Kheder A R I, Hamad H F 2006 Mater. Sci. Eng. A 433 305
[4]	Ji F, Song A J, Zhang W G, Hao Q H, Bai B W, Liu R P, Ma M Z 2010 Acta Phys. Sin. 59 2114 (in Chinese) [嵇峰, 宋爱君, 张卫国, 郝秋红, 白邦伟, 刘日平, 马明臻 2010 59 2114]
[5]	Odqvist F K G, Hult J 1962 Kriechfestigkeit Metallischer Werkstoffe (Berlin: Springer) pp 6–30
[6]	Penny R K, Mariott D L 1995 Design for Creep (2nd Ed.) (London: Chapman & Hall) pp 8–41
[7]	Rabotnov Y N 1979 Mechanics of the Deformable Solid (in Russian) (Moscow: Nauka) pp 1–14
[8]	Skrzypek J J 1993 Plasticity and Creep (Boca Raton: CRC Press) pp 14–35
[9]	Lin Z Z, Yu W F, Wang Y, Ning X J 2011 Europhys. Lett. 94 40002
[10]	Lin Z Z, Zhuang J, Ning X J 2012 Europhys. Lett. 97 27006
[11]	Ming C, Lin Z Z, Cao R G, Yu W F, Ning X J 2012 Carbon 50 2651
[12]	Han X J, Wang Y, Lin Z Z, Zhang W X, Zhuang J, Ning X J 2010 J. Chem. Phys. 132 064103
[13]	Li W Y, Lin Z Z, Xu J J, Ning X J 2012 Chin. Phys. Lett. 29 080504
[14]	Norton F H 1929 The Creep of Steel at High Temperature (New York: McGraw-Hill) pp 36–52
[15]	Garofalo F 1965 Fundamentals of Creep and Creep-rupture in Metals (New York: Macmillan) pp 46–65
[16]	Tobolová Z, Čadek J 1979 Philos. Mag. 26 1419
[17]	Nabarro F R N, de Villiers H L 1995 The Physics of Creep and Creep-Resistant Alloys (1st Ed.) (London: Taylor & Francis) pp 25–33
[18]	Mukherjee A K, Bird J E, Dorn J E 1969 Trans. ASM 62 62
[19]	Guo J T 2008 Materials Science and Engineering for Superalloys (Vol. 1) (Beijing: Science Press) p 400 (in Chinese) [郭建亭 2008 高温合金材料学(上册) (北京: 科学出版社) 第400页]
[20]	Dash W C 1958 J. Appl. Phys. 29 705
[21]	Seitz F 1950 Phys. Rev. 79 890

施引文献

[1]	Bressers J 1981 Creep and Fatigue in High Temperature Alloys (London：Applied Science Publishers Ltd.) pp 1–5
[2]	Lin Y C, Xia Y C, Chen M S, Jiang Y Q Li L T 2013 Comput. Mater. Sci. 67 243
[3]	Marahleh G, Kheder A R I, Hamad H F 2006 Mater. Sci. Eng. A 433 305
[4]	Ji F, Song A J, Zhang W G, Hao Q H, Bai B W, Liu R P, Ma M Z 2010 Acta Phys. Sin. 59 2114 (in Chinese) [嵇峰, 宋爱君, 张卫国, 郝秋红, 白邦伟, 刘日平, 马明臻 2010 59 2114]
[5]	Odqvist F K G, Hult J 1962 Kriechfestigkeit Metallischer Werkstoffe (Berlin: Springer) pp 6–30
[6]	Penny R K, Mariott D L 1995 Design for Creep (2nd Ed.) (London: Chapman & Hall) pp 8–41
[7]	Rabotnov Y N 1979 Mechanics of the Deformable Solid (in Russian) (Moscow: Nauka) pp 1–14
[8]	Skrzypek J J 1993 Plasticity and Creep (Boca Raton: CRC Press) pp 14–35
[9]	Lin Z Z, Yu W F, Wang Y, Ning X J 2011 Europhys. Lett. 94 40002
[10]	Lin Z Z, Zhuang J, Ning X J 2012 Europhys. Lett. 97 27006
[11]	Ming C, Lin Z Z, Cao R G, Yu W F, Ning X J 2012 Carbon 50 2651
[12]	Han X J, Wang Y, Lin Z Z, Zhang W X, Zhuang J, Ning X J 2010 J. Chem. Phys. 132 064103
[13]	Li W Y, Lin Z Z, Xu J J, Ning X J 2012 Chin. Phys. Lett. 29 080504
[14]	Norton F H 1929 The Creep of Steel at High Temperature (New York: McGraw-Hill) pp 36–52
[15]	Garofalo F 1965 Fundamentals of Creep and Creep-rupture in Metals (New York: Macmillan) pp 46–65
[16]	Tobolová Z, Čadek J 1979 Philos. Mag. 26 1419
[17]	Nabarro F R N, de Villiers H L 1995 The Physics of Creep and Creep-Resistant Alloys (1st Ed.) (London: Taylor & Francis) pp 25–33
[18]	Mukherjee A K, Bird J E, Dorn J E 1969 Trans. ASM 62 62
[19]	Guo J T 2008 Materials Science and Engineering for Superalloys (Vol. 1) (Beijing: Science Press) p 400 (in Chinese) [郭建亭 2008 高温合金材料学(上册) (北京: 科学出版社) 第400页]
[20]	Dash W C 1958 J. Appl. Phys. 29 705
[21]	Seitz F 1950 Phys. Rev. 79 890

[1]	杨添, 欧阳颀. 利用冷冻电镜研究蛋白质机器的非平衡统计物理. , 2024, 73(13): 138701. doi: 10.7498/aps.73.20240592
[2]	赵有鹏, 刘晓勇, 刘辉, 房坤, 王佳, 罗先甫, 徐宁, 孙绪鲁, 刘煜, 高宇昊, 吴泽鹏, 李雪峰, 张欣耀. Ti-2.5Al-2Zr-1Fe在慢应变速率下的氢脆行为与机理研究. , 2024, 73(21): 216103. doi: 10.7498/aps.73.20240896
[3]	. 统计物理和复杂系统专题编者按. , 2020, 69(8): 080101. doi: 10.7498/aps.69.080101
[4]	张海峰, 王文旭. 复杂系统重构. , 2020, 69(8): 088906. doi: 10.7498/aps.69.20200001
[5]	吴联仁, 李瑾颉, 齐佳音. 一种基于分支过程的信息流行度动力学模型. , 2019, 68(7): 078901. doi: 10.7498/aps.68.20181948
[6]	杨剑群, 马国亮, 李兴冀, 刘超铭, 刘海. 温度和应变速率耦合作用下纳米晶Ni压缩行为研究. , 2015, 64(13): 137103. doi: 10.7498/aps.64.137103
[7]	徐庭栋, 刘珍君, 于鸿垚, 王凯. 拉伸试验测试金属韧性的不确定性:中温脆性和应变速率脆性. , 2014, 63(22): 228101. doi: 10.7498/aps.63.228101
[8]	司夏萌, 刘云. 虚拟社区中人际交互行为的统计分析研究. , 2011, 60(7): 078903. doi: 10.7498/aps.60.078903
[9]	韩小静, 王音, 林正喆, 张文献, 庄军, 宁西京. 团簇异构体生长概率的理论预测. , 2010, 59(5): 3445-3449. doi: 10.7498/aps.59.3445
[10]	李明生, 蔡晓红. 基于联合分离原子模型的电离理论. , 2007, 56(8): 4448-4453. doi: 10.7498/aps.56.4448
[11]	毕磊, 包景东. 非线性耗散对亚稳态系统量子衰变速率的影响. , 2007, 56(4): 1919-1923. doi: 10.7498/aps.56.1919
[12]	赵艳红, 刘海风, 张弓木. 基于统计物理的爆轰产物物态方程研究. , 2007, 56(8): 4791-4797. doi: 10.7498/aps.56.4791
[13]	刘凌涛, 王民盛, 韩小英, 李家明. 溴的光电离和辐射复合——平均原子模型速率系数与细致组态速率系数. , 2006, 55(5): 2322-2327. doi: 10.7498/aps.55.2322
[14]	彭双艳, 黄涛, 王晓波, 邵军虎, 肖连团, 贾锁堂. 基于光子统计测量的单分子判别. , 2005, 54(11): 5116-5120. doi: 10.7498/aps.54.5116
[15]	张建民, 徐可为. 纳米压痕法测量Cu的室温蠕变速率敏感指数. , 2004, 53(8): 2439-2443. doi: 10.7498/aps.53.2439
[16]	孔庆平；山冰. 描述蠕变过程中内耗的四参量模型. , 1989, 38(8): 1299-1305. doi: 10.7498/aps.38.1299
[17]	顾樵. Jaynes-Cummings模型的量子统计性质. , 1989, 38(5): 735-744. doi: 10.7498/aps.38.735
[18]	王占一, 吴自勤. 铝铜合金的流变应力和形变速率的依赖关系. , 1964, 20(8): 796-805. doi: 10.7498/aps.20.796
[19]	陈春先. 统计物理中的一个新表象——Ⅰ.Γ²表象的数学结构. , 1962, 18(11): 563-571. doi: 10.7498/aps.18.563
[20]	陈春先, 陈式刚. 统计物理中的模拟方法. , 1961, 17(2): 77-88. doi: 10.7498/aps.17.77

计量

文章访问数: 6881
PDF下载量: 802
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板