在高温承压设备(如锅炉、汽轮机)的长期服役过程中,材料的蠕变损伤是一个渐进且隐蔽的过程,直接关系到结构的安全性和剩余寿命。蠕变损伤的微观机理之一,便是在晶粒边界处萌生、长大并最终聚合形成显微孔洞。那么,如何将这种微观层面的变化,转化为一个可量化的、用于工程评估的指标呢?密度变化法为此提供了一个巧妙而有效的思路。
其基本原理在于,当材料内部因蠕变产生孔洞时,其宏观体积会发生微小的膨胀,而在质量保持不变的情况下,势必导致其整体密度下降。这种密度的变化虽然微乎其微,但与内部的损伤程度直接相关,通过高精度测量便可捕捉。
针对在电力和石化行业中广泛应用的铬钼钒(Cr-Mo-V)钢,研究人员通过大量的蠕变实验,系统地研究了密度变化与蠕变进程的关系。图1直观地展示了这一规律:随着蠕变应变的累积,材料的相对密度变化也随之增加。