电位对508Ⅲ-52M-690合金焊接接头应力腐蚀的影响

通过慢应变速率拉伸和高温电化学试验相结合的方法,研究了外加电位对压水堆核电机组安全端508Ⅲ-52M-690合金异种材料焊接接头在含氯离子的高温高压水中应力腐蚀开裂(SCC)倾向的影响规律.结果表明,在温度为300℃高温高压水环境下,当氯离子的含量为50mg/kg、除氧时,焊接接头的SCC敏感性随电极电位升高而增大,即随着溶解氧浓度增加而增加.存在一个介于-500~-400mV(相对标准氢电极)的SCC临界电位,低于该电位时,焊接接头SCC敏感性较小,未见明显沿晶开裂,断裂为由力学性能主导的塑性开裂,与焊接接头不同冶金组织的硬度密切相关,硬度越低,越容易断裂,断裂位置均为硬度最低的52Mb处;高于临界电位时,SCC敏感性急剧增加,并出现明显的沿晶开裂和穿晶开裂断口,断裂为腐蚀主导的脆性开裂,断裂位置均为腐蚀性能最差的低合金钢508Ⅲ热影响区.同时发现,焊接接头中52Mb对接焊和508Ⅲ钢之间的热影响区对SCC最敏感.     

TC17合金电子束焊接接头高周疲劳失效行为研究

电子束焊接构件广泛应用于航空发动机关键部位,其需要满足长寿命与高可靠性的设计要求.针对TC17合金电子束焊接接头,采用旋转弯曲疲劳试验方法,获得焊接接头的高周疲劳性能,同时利用电子扫描电镜对疲劳断口进行微观观察,探明焊接接头的高周疲劳裂纹萌生和扩展机理.结果表明,TC17合金电子束焊接接头在10~7周次的疲劳强度为450 MPa,约为母材强度的81%,试样失效位置均位于焊缝区;试样表面最大应力与内部气孔缺陷处应力集中形成竞争机制,在10~5～10~7周次内,裂纹萌生于内部气孔,在10~7周次后,裂纹萌生于试件表面;试样断口显示出明显的穿晶断裂区和沿晶断裂区,疲劳寿命随沿晶断裂区的应力强度因子下降而增加;气孔面积及真实应力为影响疲劳寿命的主要因素,气孔处应力强度因子与疲劳寿命呈线性下降关系.     

5052/6005A异种铝合金激光填丝焊接头组织与力学性能研究

对铝合金6005A与5052进行异种铝合金激光填丝焊,研究了焊接接头的微观组织及力学性能,并对接头断口微观特征进行了分析。结果表明,焊缝中心为等轴晶与树枝晶,铝合金6005A侧熔合线附近存在清晰柱状晶,铝合金5052侧熔合线较为模糊。拉伸时在铝合金6005A侧热影响区断裂。焊接件焊接接头的平均抗拉强度为197.9 MPa,达到铝合金6005A母材抗拉强度的83%。断裂特征为韧性断裂,接头弯曲性能良好。     

预热温度对30CrMnSiNi2A钢焊接冷裂纹敏感性的影响

采用插销试验测试了20℃2、50℃、320℃和400℃预热温度下的焊接熔合区临界断裂应力,分析了插销试样断口和熔合区组织.结果表明:焊接熔合区断口为沿晶(IG) 准解理(QC)型,随着预热温度增加,QC比例增加;焊接熔合区组织为马氏体 下贝氏体 残余奥氏体;随着预热温度的升高,熔合区冷却速度降低,下贝氏体组织增加,引起晶内氢陷阱数量增加,从而导致熔合区的临界断裂应力提高,降低了冷裂纹敏感性.     

A105钢振动焊接接头的断裂韧度分析

采用阀门用钢A105为试验材料,机械振动焊接与常规埋弧自动焊相结合的对比试验方法,通过残余应力的测试结果可见,振动焊接消除了熔合线附近的应力峰,应力幅值低、分布平缓.从断裂力学的角度分析机械振动对焊接接头韧度的影响,结果表明:焊缝的断裂韧度明显大于热影响区(HAZ);振动焊接工艺下焊缝和HAZ的CTOD(Crack tip opening displacement)值明显高于常规焊接下焊缝和HAZ的CTOD值;且振动焊接使得焊接接头的各部分之间断裂韧度的差别明显缩小,断裂韧度更趋均匀化.经断口的扫描电镜观察可知:振动焊接下焊缝的韧窝密度明显大于常规焊接下焊缝的韧窝密度,且HAZ为整个焊接接头的薄弱环节.     

SnBi/Cu焊接接头的剪切性能及界面微观组织分析

通过对断口形貌和界面微观组织的观察分析,研究了3种Sn-Bi/Cu焊接接头的剪切断裂机理.结果表明:3种Sn-Bi/Cu焊接接头均在弹性变形阶段断裂,并且均沿Sn-Bi焊料/Cu基板界面处断裂.孔洞降低了3种Sn-Bi/Cu焊接接头的有效连接面积,从而降低了其剪切强度.根据3种Sn-Bi/Cu焊接接头断口形貌,Sn59.9Bi40Cu 0.1/Cu和Sn57.9Bi40Zn2Cu 0.1/Cu焊接接头剪切断裂机制属于准解理、沿晶脆性断裂和韧窝的混合型断裂,而Sn42Bi58/Cu焊接接头剪切断裂机制属于准解理断裂.微观组织分析显示,3种焊料合金焊接接头界面处的金属间化合物层均为连续的Cu₆Sn₅相.     

时效处理对7085铝合金锻件组织和腐蚀性能的影响

采用慢应变速率拉伸试验、剥落腐蚀试验、极化曲线及透射电镜等分析方法,研究时效处理对7085铝合金锻件腐蚀性能的影响.研究结果表明:与T6时效合金相比,合金经T74时效的抗应力腐蚀和抗剥落腐蚀性能提高但强度显著降低;经RRA时效处理,合金保持了较高强度的同时,应力腐蚀性能敏感性降低,抗剥落腐蚀性能提高;在腐蚀溶液中,极化曲线测试也表现出同样的趋势:合金经过RRA时效处理,形成粗大且不连续的晶界析出相是提高腐蚀性能的主要原因.     

6N01-7N01铝合金T型焊接接头的微观组织与性能的研究

6N01和7N01铝合金是高铁列车车体上大量使用的2种重要的轻量化结构材料.本文利用EBSD、光学显微镜、维氏硬度测试和加速腐蚀实验研究了典型6N01-7N01铝合金T型焊接接头的微观组织、硬度分布和腐蚀特性.结果表明:焊缝、熔合区和热影响区的晶粒组织特征存在显著差异.焊缝组织为等轴晶,熔合区组织为等轴晶和柱状晶.靠近焊缝处的6N01合金存在部分晶粒异常长大现象,而7N01合金仅发生了回复和部分再结晶.6N01合金一侧的热影响区会出现硬度比焊缝更低的硬度谷,即软化区,这是由析出相受焊接热的影响发生明显的粗化导致的.经腐蚀实验后,焊缝的硬度显著降低,焊缝和热影响区为焊接接头腐蚀最严重的区域.     

不同蠕变条件下耐热钢焊接件的空洞损伤演化

针对两种马氏体耐热钢焊接接头(F92/Co3W2和Co3W2/Co3W2)在105~250 MPa和873~948 K条件下开展蠕变拉伸测试,利用Larson-Miller参数法外推不同温度下焊接接头服役100 000 h寿命对应的蠕变断裂许用应力,研究其在不同蠕变条件下的空洞损伤规律. 随着外加应力的降低,两种焊件的断裂位置、断裂模式及断裂机制均发生了转变,从位于母材的穿晶塑性断裂变为细晶热影响区的沿晶脆性断裂(即Ⅳ型断裂). 针对断口区域的空洞损伤变化规律的研究表明：(1) 当断裂模式由塑性断裂转变为脆性断裂时,断口附近空洞会出现突变,塑形断口空洞“个头大数量少”而脆性断口空洞“个头小数量多”;(2) 在相同断裂模式下,随蠕变应力的减小,空洞按照“尺寸变大、数量密度增大及面积分数增大”的规律变化;(3) Ⅳ型断口处空洞存在合并链接现象,其方向与应力方向垂直.     

RRA处理对超高强铝合金抗应力腐蚀性能的影响

通过力学性能、电导率及拉伸应力腐蚀性能测试、扫描电镜及透射电镜观察，研究回归再时效（RRA）热处理工艺对一种新型低频电磁铸造合Al-9．99％Zn-1．72％Cu-2．5％MR-0．13％Zr（质量分数）的力学性能和抗应力腐蚀性能的影响，探讨RRA处理后合金的电导率与抗应力腐蚀性能的关系。研究结果表明：在峰值时效T6状态下合金强度高，但抗应力腐蚀性能差；采用合适的RRA热处理工艺既能使合金保持T6状态下的高强度的同时，又能显著改善合金的抗应力腐蚀性能；经回归7minRRA处理后合金的晶界类似T73态析出相聚集粗化，而晶内类似T6态析出相细小弥散分布，在拉伸应力为210MPa和3．0％NaCl＋o．5％H2O2腐蚀液中，共断裂时间大于720h，相应的抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为195MPa，767MPa和9．1%，显示优越的综合性能。此外，RRA处理后合金的电导率与拉伸应力腐蚀性能为正相关。     

低磁不锈钢热轧板焊接接头的微观组织和磁性能

设计了低磁不锈钢热轧板双面熔化极惰性气体保护焊的焊丝成分,通过焊接实验,研究了焊接接头的显微组织和磁性能。结果表明:焊缝中心区域的微观组织较熔合线附近明显细化,热影响区晶粒比母材晶粒稍大;焊接接头两侧的一次枝晶臂均沿着温度梯度的方向生长,在焊缝中心线部位相遇,无分型组织出现;焊缝区域的二次枝晶臂间距稳定。焊接接头的室温拉伸和低温冲击断口附近仍为全奥氏体组织,相对磁导率均在1.003以下。     

2219铝合金VPTIG焊接头的低温断裂韧性

采用裂纹尖端张开位移(crack tip opening displacement,CTOD)试验研究了高强2219铝合金变极性钨极氩弧焊(variable polarity tungsten inert gas welding,VPTIG)接头各部位的低温断裂韧性,利用扫描电镜对各部位的CTOD试验断口特征进行分析,并结合金相组织进一步阐明组织与断裂韧性的关联.研究结果表明,2219铝合金VPTIG焊接头各部位表现出不同的低温断裂韧性,熔合线最低,热影响区高于焊缝,但均低于母材.扫描电镜断口观察结果表明,母材、焊缝及热影响区的断裂机制为剪切断裂,熔合线的断裂机制为准解理断裂.金相组织分析较好地解释了焊接接头不同部位断裂韧性的差异.     

X80管线钢在近中性pH溶液中的应力腐蚀开裂

采用电化学动电位扫描技术、慢应变速率拉伸(SSRT)试验和扫描电镜观察研究了X80管线钢及焊接接头在NS4溶液中的应力腐蚀行为.电化学实验结果显示,X80管线钢及焊接接头在NS4溶液中的极化曲线具有典型的活性溶解特征.SSRT试验结果表明,随着外加电位的负移,断裂时间、断面收缩率、应变量都明显变小,X80管线钢及焊接接头的应力腐蚀开裂敏感性增加,应力腐蚀断口呈现穿晶准解理特征.施加相同外加电位时,焊接接头较母材的应力腐蚀敏感性增加,其断裂位置全部落在焊缝或HAZ处.     

晶粒组织对Al-Zn-Mg合金抗应力腐蚀性能的影响

通过四点弯曲应力腐蚀实验对Al-Zn-Mg合金挤压型材包含不同晶粒组织的试样进行应力腐蚀性能测试,并借助金相组织观察、电子背散射衍射以及透射电镜研究晶粒组织不均匀性对材料抗应力腐蚀性能的影响和作用机理。研究结果表明:Al-Zn-Mg合金挤压型材从表面至中心依次分布着粗晶组织、等轴晶组织和纤维状组织,其中粗晶组织和等轴晶组织的厚度分别约为60μm和750μm,再结晶分数和大角度晶界百分占比均从表面至中心逐渐降低;不同晶粒组织的抗应力腐蚀性能主要与晶粒粒度和晶界微观组织有关,相对于粗晶组织和等轴晶组织,纤维状组织由于再结晶行为受到抑制,晶粒粒度较小,大角度晶界较少,具有更离散的晶界析出相和较窄的无沉淀析出带,从而表现出更好的抗应力腐蚀性能。     

690合金在压水堆环境中的腐蚀疲劳裂纹扩展行为

在模拟压水堆一回路环境下测得690合金的腐蚀疲劳裂纹扩展速率,腐蚀对疲劳裂纹扩展有促进作用.采用时域分析方法分析讨论了相关载荷参数(载荷比R,频率f,应力强度因子幅值ΔK)对腐蚀疲劳裂纹扩展的影响.试验结果采用F-A(Ford-Andresen)模型和ANL(Argonne National Lab)经验公式进行拟合,试验值与预测值吻合较好.断口微观形貌表明,空气中的疲劳断口为穿晶断裂;高温水下的疲劳断口同时出现穿晶和沿晶特征,与F-A模型的机制解释吻合.     

7050超高强铝合金蠕变时效成形行为与性能研究

对7050超高强铝合金进行蠕变时效处理,采用维氏硬度、晶间腐蚀和剥落腐蚀等试验对其力学性能与腐蚀行为进行研究,采用光学显微镜和透射电子显微镜对微观组织进行观察,研究蠕变时效对合金微观组织与性能的影响。结果表明：合金的稳态蠕变速率随温度的升高和应力的增大而逐渐升高,时效温度是影响合金蠕变速率和抗腐蚀性能的主要因素。7050超高强铝合金的稳态蠕变速率与蠕变应力和蠕变温度的关系可以表示为：$ \dot \varepsilon = {e^{12.226}}{\sigma ^{1.66}}{\rm{exp}}( - 120\;536/RT) $。蠕变时效处理后,合金的维氏硬度、抗晶间腐蚀和抗剥落腐蚀性能均得到提高。合金在120 ℃和140 ℃下蠕变时效后,维氏硬度和抗腐蚀性能都保持在较高的水平,160 ℃下合金的维氏硬度和抗腐蚀性能均较低。人工时效后,7050超高强铝合金中的主要强化相为大量弥散分布的η′相,蠕变时效后,晶内和晶界析出相尺寸略有减小,晶界析出相分布不连续,电化学腐蚀速率减小,合金抗腐蚀性能提高。     

异种钢焊接接头高温力学性能的研究

为提高电站锅炉过热器铁素体－奥氏体异种钢焊接接头的高温蠕变断裂强度和延长服役寿命，设计了用专用镍基填充材料焊接的不锈钢－镍基焊缝－耐热钢三元组合接头。通过对不同焊缝接头的高温持久性能试验及用ＳＥＭ和ＥＰＭＡ对焊缝界面组织变化的对比分析，认为在高温低应力条件下接头早期失效的主要原因是熔合区及热影响区碳、铬等元素迁移和碳化物聚集所引起的蠕变断裂。组合接头的设计方案对改善接头应力分布，阻碍碳扩散和提高接头蠕变强度具有显著效果     

涡轮叶片用GH4033高温低周疲劳特性实验研究

采用总应变控制方法,在INSTRON8032上对镍基高温合金GH4033在400、500、600、700 ℃温度下的疲劳行为进行了研究,用扫描电镜观察了疲劳断口.采用Manson-Coffin方程对实验结果进行了分析,得到了该材料的高温低周疲劳特性参数.从断口的扫描电镜照片中看出:高温疲劳失效断口的萌生区断裂机制为沿晶断裂,扩展区为沿晶和穿晶断裂的混合断裂,失稳断裂区为穿晶断裂.     

轨道交通用7003铝合金型材失效行为分析

采用金相、扫描电镜和透射电镜观察以及慢应变速率拉伸应力腐蚀实验等分析测试方法对轨道交通用7003铝合金型材的失效原因进行分析。研究结果表明:型材失效件的裂纹为沿晶扩展,且有支裂纹向外扩展;失效件断口形貌呈冰糖块状花样特征,断口表面附集着铝、锌的氧化物,还有少量氯化物和硫化物,经分析失效型材的裂纹是由应力腐蚀导致的沿晶脆性断裂。型材试样在30 g/L Na Cl+10 m L/L HCl腐蚀溶液中的抗拉强度为181.5MPa,断裂时间为5.1 h,在空气中的抗拉强度为320.3 MPa,断裂时间为27.7 h,试样的应力腐蚀敏感指数(ISSRT)为0.46。晶界析出相尺寸较小、密度大,且呈链状连续分布,在腐蚀过程中,晶界连续析出相易成为阳极腐蚀通道,是较高的应力腐蚀敏感性的主要原因。     

Effect of Columnar Crystals on Fatigue-Creep Failure Behaviour of Fe-Ni-Cr Alloy

研究了在交变应力与平均应力迭加条件下，柱状晶体对铁镍铬金的疲劳－蠕变失效行为的影响，结果表明，疲劳－蠕变应力迭加对合金产生交互作用，使其循环断裂寿命大大降低．具有横向柱晶界的试样受到了最强烈的交互作用．断口形貌观察揭示了沿柱晶界脆断是具有横向晶界试样的主要疲劳－蠕变断裂机理．而沿柱晶界断裂附带塑性撕裂结构以及二次裂纹形成所表示的脆－塑性断裂相混合的机理是其它取向试样的主要断裂机理沿柱晶界分布的脆性夹杂物引发沿晶微裂纹并加速沿晶界扩展