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超超临界汽轮机高温部件长期服役会产生蠕变损伤，对设备的安全运行存在潜在的威胁，快速、有效地检出高温构件蠕变损伤状况对保证设备服役安全意义重大。最近研究表明，材料损伤程度与超声波非线性效应有紧密的联受，受到学者们的广泛关注。本文利用实验室模拟获得汽轮机螺栓、转子试样的不同蠕变损伤水平，进行了非线性超声纵波表征耐热材料蠕变损伤状态的实验研究，主要研究内容和结果如下: (1)汽轮机镍基高温螺栓材料In783蠕变损伤状态的非线性超声纵波表征实验研究。以包含不同蠕变损伤水平的高温镍基螺栓材料In783为对象，进行蠕变损伤水平的非线性超声纵波表征实验，完成了不同损伤试样的微观组织和机理分析。结果发现:超声纵波非线性参量随蠕变变形的增大而单调增加，显微硬度随蠕变应变的变化与超声非线性变化趋势一致，表明超声纵波非线性参量与材料力学性能退化存在函数关联。超声非线性参量的增大主要源于材料内部位错密度的增加及析出相长大。基于位错-析出相模型预测得到了与实验测量值较一致的结果，表明位错-析出相模型可较好描述镍基高温合金与超声非线性参量的关系。 (2)汽轮机转子铁素体耐热钢FB2蠕变损伤状态的非线性超声纵波表征实验研究。进行了包含不同蠕变损伤水平的铁素体钢FB2的非线性超声纵波表征实验，完成了不同损伤试样的微观组织和机理分析。结果发现:超声纵波非线性参量随汽轮机转子钢蠕变变形的增大而单调增加，且超声非线性参量变化与蠕变损伤机制存在函数关系。进一步，以位错密度为中间量，建立了稳态蠕变变形速率与超声非线性参量的函数关系。