钢中氢致裂纹机构研究

用抛光的恒位移试样对处理到不同强度(σ_b=92～185公斤/毫米~2)的4种低合金钢在各种致氢环境(如电解充氢、纯氢、气体H_2S、水介质、H_2S水溶液、缓蚀剂水溶液、丙酮、酒精等有机溶液)下跟踪观察了氢致裂纹的产生和扩展过程。与此同时也测量了各种致氢环境(电解充氢、H_2S水溶液、水溶液、水中阴极化和阴极极化)下的K_(ISCC)(或K_(IH))和da/dt。并研究了它们随强度变化的规律。 结果表明,当加载裂纹前端的K_I>K_(ISCC)(K_(IH))后,在上面所说的任何一种致氢环境下都能产生氢致滞后塑性变形,并由此导致裂纹的产生和扩展。即随着氢的扩散进入,原裂纹前端塑性区及其变形量逐渐增大。对超高强钢,在滞后塑性区端点形成不连续的氢致裂纹,它们随滞后塑性变形的发展逐渐长大以致互相连接。当强度降低时,氢致裂纹沿滞后塑性区边界连续地向前扩展。这就表明,在Ⅰ型裂纹条件下,“氢脆”是氢致滞后塑性变形的必然结果。 在所有致氢环境下,止裂K_(ISCC)(K_(IH))均随钢的强度下降而升高。强度相同时,水中加缓蚀剂和阳极极化使K_(ISCC)升高,阴极极化使K_(ISCC)下降,,da/dt升高,而在H_2S饱和溶液以及加载电解充氢时K_(ISCC)(K_(IH))最低,da/dt最高。 实验也表明,在电解充氢条件下还能以另一种机构形成裂纹。它们的产生和     

铝合金的应力腐蚀和氢致裂纹研究

用抛光的恒位移试样在加载条件下跟踪观察了高强度铝合金在充氢条件下氢致裂纹的产生和扩展过程,结果表明,裂纹前端的塑性区随时间而逐渐增大,当它发展到临界条件时就导致氢致滞后裂纹的产生和扩展。在高纯水及3.5％NaCl水溶中应力腐蚀裂纹的产生和扩展也是以氢致滞后塑性变形为先导的。研究了试验温度对K_(ISCC),da/dt和稳定放氢总量的影响。结果表明,随试验温度升高,K_(ISCC)急剧下降,da/dt升高。这和试样在PH≤3.5的HCl溶液中浸泡充氢后的放氢总量随温度升高相一致。也研究了不同极化电压对da/dt以及放氢总量的影响,结果表明阴极极化和阳极极化均使da/dt升高,但阳极极化更为明显,这和极化对放氢量的影响相一致。纯水中加NaCl将使室温K_(ISCC)明显下降,但对高温时的K_(ISCC)影响不大,这和NaCl能使室温充氢后的放氢量明显增加,但对高温充氢后的放氢量影响很小相一致     

低合金钢水介质中的应力腐蚀机构

用抛光的恒位移试样对不同钢种、不同强度的高强钢在水介质中应力腐蚀裂纹的产生和扩展进行了金相跟踪观察。结果表明:超高强钢(σ_b≥160公斤/毫米~2的30CrMnSiNi_2A,ZG-18铸钢)应力腐蚀时,裂纹前端塑性区逐渐扩大,闭合后形成不连续裂纹,以后随塑性区中变形量增大主裂纹扩展並与新裂纹相连。当强度降低时,(σ_b≤138公斤/毫米~2的30CrMnSiNi_2A,40CrNiMoA,30CrMnSiA)塑性区随时间增大,但不闭合,随其变形量增大,原裂纹沿弹塑性边界向前扩展。强度更低(σ_b<110公斤/毫米~2的30CrKnSiNi_2A,σ_b≤120公斤/毫米~2的40CrNiMoA)塑性区不增大,裂纹也不扩展。 同样试样在电解充氢条件或干氢条件下,加载裂纹前端同样能产生滞后塑性变形,而且裂纹产生和扩展的情况完全和水介质中类似。由此可知,裂纹前端滞后塑性变形是由氢引起的。 高强钢或超高强钢在水介质中应力腐蚀的机构如下:阴极放氢,它进入裂纹前端引起滞后塑性变形,从而导致裂纹的产生和扩展。     

高强度钢水介质应力腐蚀研究

本文对应力腐蚀试验的WoL型恒位移试样作了评述。并用它测最了四种高强度钢(30CrMnSiNi_2 A、30CrMnSiA、40CrNiMo、ZG-18铸钢)在水介质中的止裂K_(ISCC)以及da/dt。对其中的30CrMnSiNi_2A钢研究了热处理工艺对K_(ISCC)、da/dt的影响,同时探讨了强度和组织的作用。结果表明,对同一类处理,随强度下降K_(ISCC)提高。在相同强度时,等温后回火组织的K_(ISCC)明显比马氏体组织和不回火贝氏体组织高得多。当强度σ_b≤130～140公斤/毫米~2时,裂纹扩展特征发生了变化,da/dt也大幅度下降。当σ_b<110公斤毫米~2时在水介质中不再产生应力腐蚀裂纹。 我们用不同曲率(ρ)的恒位移缺口试样(B=20mm)测量了缺口形成应力腐蚀裂纹的界限应力强度因子K_(ISCC)(ρ),结果表明A是材料常数。对σ_b=160公斤/毫米~2的30CrMnSiNi_2A钢,A=426公斤/毫米、σ_b=140公斤/毫米~2的30CrMnSiA以及40CrNiMo钢的A值更高。 根据实验数据,运用线弹性断裂力学对30CrMnSiNi_2A钢(σ_b=160公斤/毫米~2)螺桩的应力腐蚀断裂进行了定量分析,并提出了提高螺桩安全性的具体办法。     

2．25Cr1Mo钢在硫化氢溶液中的应力腐蚀开裂研究

本文用楔形张开加载（WOL）预裂纹试样进行了2．25Cr1Mo材料在硫化氢水溶液中的抗应力腐蚀试验,研究了2．25Cr1Mo钢在不同浓度硫化氢溶液中的抗应力腐蚀性能。试验测定了2．25Cr1Mo钢在500ppm,1000ppm H2S溶液下的应力腐蚀临界应力强度因子Ksoc和应力腐蚀裂纹扩展速率da／dt。结果表明,随着H2S浓度的升高,2．25Cr1Mo钢的应力腐蚀临界应力强度因子Ksoc下降,应力腐蚀裂纹扩展速率da／dt增大,抗应力腐蚀的寿命缩短。     

热处理对40CrMnSiMoVA超高强度钢应力腐蚀裂纹扩展行为的影响

本文研究了热处理对40CrMnSiMoVA(GC-4)超高强度钢应力腐蚀(SCC)裂纹扩展行为的影响,结果表明,不同热处理时GC-4钢在3.5％NaCl溶液中,其应力强度因子门槛值K_(ISCC)没有显著差别,但其应力腐蚀裂纹扩展速度相关较大,随等温温度的升高,应力腐蚀裂纹扩展速度大大降低。这是材料的显微组织性质决定的,与塑性变形能力,屈服强度及氢脆作用有关.     

氢对表观屈服强度的影响——氢致滞后塑性变形的原因研究

应用光滑拉伸试样,弯曲试样以及预裂纹WQL型试样具有对广泛拉伸强度的多种低碳及低合金钢研究了电解充氧对表观屈服强度的影响,并对氢致滞后塑性变形进行了金相观察。结果表明:氢对光滑拉伸试样屈服强度的影响不明显。随钢种不同,充氢后屈服强度可能没有变化,也可能升高或降低,但其差值小于10％。对存在应力梯度的无裂纹弯曲试样以及预裂纹WOL试样,当钢的强度和进入的氢量超过临界值后氢能使表观屈服强度明显降低,从而引起氢致滞后塑性交形,最终导致氢致滞后裂纹的产生和扩展。随钢的强度升高,进入的氢量增加,氢致表观屈服强度下降也愈明显。另外,具有更大应力梯度和三向应力的裂纹试样,下降效应比无裂纹弯曲试样更为明显。氢致表观屈服强度下降作用是扩散控制过程,明显依赖变形速度和试验温度。另外,它具有可逆性,随着氢的逐渐消除,表观屈服应力也逐渐回到未充氢状态的数值。氢致表观屈服强度下降和原始变形量及是否存在加工硬化关系不大。根据上述实验事实,本文对屈服强度下降的原因作了探讨。     

20g钢高温裂纹扩展控制参量

在20g钢高温裂纹扩展实验基础上,将裂纹扩展速率da/dt分别与断裂参量静截面应力σnet、应力强度因子K和C积分相关联,以寻求非稳态蠕变扩展阶段,高温裂纹扩展速率的恰当控制参量·研究结果表明:断裂参量静截面应力、应力强度因子与裂纹扩展速率之间的关系受到加载速率和温度影响·在400℃和500℃下,C积分与裂纹扩展速率均存在着惟一的关系·用C积分控制20g钢高温裂纹扩展速率da/dt较合适,并建立了20g钢高温裂纹扩展速率da/dt的控制方程     

超高强钢的滞后破环

用WOL和悬臂梁试样研究了高强度镀镉钢35°CrMnSiA,并确定了钢中和镀层中的氢量。镀层富氢,在200℃通过光亮,致密镀层脱氢很慢,钢中氢量起初升高,2—2.5小时后达到峰值,然后下降。钢的滞后破坏性能取决于钢中氢量,当钢中氢量达到峰值时,其KISCC最小,da/dt最大。为了提高武器质量,有必要延长脱氢时间。     

氢在20Mn2TiB钢应力腐蚀中的作用

20Mn_2TiB钢制试样充氢后,分别进行拉伸试验,氢对机械性能的影响;单悬臂试验,测定试验用钢在不同介质中的K_(1scc),并讨论氢在scc中的作用;双悬臂试验,探讨所用材料在不同介质、不同温度,不同K值时da/dt的变化规律,并求出裂纹扩展的激活能Q。     

不锈钢Ⅲ型试样的氢致开裂和应力腐蚀

研究了奥氏体不锈钢Ⅲ型试样的氢致开裂和应力腐蚀。结果表明,动态充氢时Ⅲ型试样也能发生氢致滞后断裂,且裂纹沿原缺口平面形核和扩展。从而可获得宏观平滑的扭转断口,但断口上存在少量沿45°面的二次裂纹,一系列实验表明动态充氢能促进奥氏体不锈钢室温蠕变,故在恒扭矩下充氢能使扭转角不断增大,直至试样被扭断。奥氏体不锈钢Ⅲ型试样在42％沸腾MgCl_2溶液中也能发生应力腐蚀开裂,且裂纹在与缺口平面成45°的平面上形核和扩展。实验表明,无论是Ⅰ型还是Ⅲ型,应力腐蚀的门槛值均比氢致滞后断裂门槛值要低,例如K_(ⅠSCC)/K_(ⅠX)=0.18,K_(ⅠH/K_(ⅠX)=0.58,K_(ⅢSCC)/K_(ⅢX)=0.13 K_(ⅢH)/K_(ⅢX)=0.62。     

氢致脆化区开裂模型应用于计算门楹值应力强度因子

依据氢进入裂纹尖端区促进局部塑性流动的认识，本建议并发展了一个氢致脆化区开裂模型。首次推导出了确定氢致裂纹扩展门楹值应力强度因子以及环境氢压与门楹值应力强度因子关系的理论公式，定性和定量的分析相符于ＡＩＳＩ４３４０超高强钢的实验结果。     

长期高温高压氢暴露对CrMo钢断裂韧性和裂纹行为的影响

选用CrMo钢经400℃, 20 MPa, 10 h氢暴露后进行拉伸、断裂韧性和疲劳试验.结果表明:CrMo钢已经发生了氢腐蚀,氢蚀使CrMo钢强度、塑性和断裂韧性均有所降低,也使断裂机制由韧窝型转变为解理脆性.氢蚀使疲劳裂纹扩展行为也发生了变化,疲劳裂纹扩展速率增加,降低.CrMo钢氢蚀后,随应力比增加,疲劳裂纹扩展门槛值大幅度降低.     

球墨铸铁疲劳裂纹的发生和发展

本文用线弹性断裂力学原理和方法研究稀土镁球墨铸铁的疲劳断裂问题.试验研究球墨铸铁为铁素体、珠光体以及珠光体加部分牛眼状铁素体等三种不同强度、塑性、韧性配合的基体组织.通过不同加载制度,不同缺口尖锐度试样的疲劳裂纹萌生期N_0、疲劳裂纹扩展速率da/dN、门槛值△K_(th)以及条件疲劳总寿命N_f的测定,得出主要看法为:球铁具有较高的△K_(th)值,随珠光体量增加△K_(?)下降,至80%珠光体后趋向稳定;疲劳裂纹孕育期的大小,在尖锐缺口时主要取决于塑性,较平缓缺口时主要取决于强度.疲劳裂纹扩展速率da/dN随塑性的增加而降低,低周疲劳,尖锐缺口试样,增加塑性有助于疲劳寿命的提高;高周疲劳,钝缺口试样,增加强度有助于疲劳寿命的提高.还通过电境断口分析,就球铁疲劳裂纹萌生、扩展的特征及其微观机制进行了简明的描述和解释.     

焊接氢致延迟裂纹的研究

本文采用焊接热模拟高温充氢试样和实际焊接接头试样进行弯曲试验,并用电视录像方法观察和拍摄了氢致延迟裂纹的动态过程,定量地评定了不同材料、不同扩散氢含量和应变量对氢致裂纹敏感性的影响,研究了试样厚度对裂纹形成和扩展的影响。试验结果表明:①焊接热模拟高温充氢试样的弯曲试验方法可以定量评定含氢量和应变量对氢致裂纹敏感性的影响;②厚度为3mm 和5mm 的弯曲试样,裂纹首先在试样内部形核,内部裂纹的扩展领先于表面塑性变形区,所以厚试样的表面塑性变形区并非是氢致裂纹亚临界扩展过程中裂纹前端的塑性区,因而仅从厚试样的表面现象研究裂纹的动态过程是不适宜的。厚度为2mm 的试样表面先裂,裂纹在试样表面裂得快,可以用它来观察氢致裂纹的动态过程;③对试样断口进行了扫描电镜观察,发现随着试样含氢量的增加,IG 增加,QC 的塑性变形痕迹减小,韧窝变细。     

硫化氢介质中注汽管材的应力腐蚀试验

应力腐蚀门槛值是评价管道抗应力腐蚀能力的重要性能参数。采用胜利油田现场使用的20g、13CrMo44、ST45．8、ST45．8．Ⅵ注汽管材，制作含有预制裂纹的恒位移双悬臂梁（DCB）试件，在H2S介质中进行了应力腐蚀试验，得到4种钢材的应力腐蚀门槛值KISCC和应力腐蚀裂纹扩展速率da／dt。试验结果表明，ST45-Ⅳ钢的KISCC值最大，裂纹扩展速率最小，具有较强的抗应力腐蚀开裂能力。含碳量低、减少块状铁素体，细化组织有利于提高管材抗应力腐蚀的能力，管材在硫化氢介质中的应力腐蚀开裂属于氢致开裂和阳极溶解型混合开裂。     

AP1轨钢的应力腐蚀试验研究

本文首先阐述了研究轨钢应力腐蚀的意义。在国内首次开展了对轨钢应力腐蚀门槛应力强度因子K_(ISCC)的测定研究,并取得了AP1轨钢在蒸馏水和3.5％盐水下的K_(ISCC)值。从而为轨道的设计和维修提供了依据。     

ZG20MnSi钢的疲劳及腐蚀疲劳断口分析

利用PQ1-6型旋转弯曲疲劳试验机和TSM-1扫描电子显微镜对ZG20MnSi钢进行了空气与水两种介质的对比疲劳试验,探讨了ZG20MnSi钢在水中的条件疲劳极限比在空气中低得多的原因。在水中的试样表面能形成多处裂纹核心,这些裂纹核心在交变应力作用和水的腐蚀作用下得以快速扩展。腐蚀作用一方面使材料表面出现腐蚀坑成为裂纹核心,另一方面腐蚀作用产生的氢进入材料中与位错之间发生交互作用,形成Cottrell气团,造成位错塞积,也能导致裂纹核心的形成,氢还能降低材料原子间结合力,使裂纹尖端表观屈服应力降低,发生滞后塑性变形,加速裂纹的扩展。     

压应力引起的不锈钢的应力腐蚀

用表面残余压应力试样,U型弯曲试样(用其压缩区)和WOL恒位移缺口压缩试样,对18-8不锈钢在沸腾MgCl_2溶液中进行了压应力条件下的应力腐蚀试验。结果表明,三种试样分别经110小时,73-100小时以及262-324小时后都观察到了由压应力所产生的应力腐蚀裂纹,并获得了具有岩层状特征的准解理脆性断口,这和拉应力腐蚀时获得的解理断口明显不同。 压应力条件下应力腐蚀裂纹的孕育期比拉应力要高一个数量级,而且裂纹扩展缓慢,加上裂纹不能张开而难于辨认,故当试样中同时存在拉应力时将不会观察到压应力所产生的应力腐蚀裂纹。     

铸钢和锻钢应力腐蚀性能的对比研究

用同一炉钢的铸件和锻件对比研究了在水介质中的应力腐蚀性能,结果表明,铸钢和锻钢应力腐蚀裂纹扩展的激活能相同,均为Q=5540cal/mol。且和氢渗透测出的表观扩散激活能Q=6010cal/mol相—致。无论是阳极极化还是阴极极化均使铸钢和锻钢的da/dt升高,但阴极极化更为明显,氢渗透测量表明,无论是阳极极化还是阴极极化,随电流增大,饱和氢渗透通量明显增加;极化对da/dt和氢渗透通量影响是相似的。 实验表明,试验温度对KIscc影响极小,但铸钢的KIscc明显比锻钢要高。氢渗透测试表明,锻钢的饱和氢渗透通量约比铸钢要大一倍,这就可解释KIscc的差异,这也和断口观察相一致,尽管断口形貌明显依赖开裂时的KI值,但在KIscc附近锻钢全是沿晶断口,而铸钢则以准解理为主。