小锥度试样在研究应力腐蚀裂纹形核中的应用

尝试利用小锥度试样测量304不锈钢应力腐蚀裂纹的形核时间,以确定裂纹形核在整个断裂过程中的贡献.结果表明,用小锥度试样可以有效测量应力腐蚀裂纹的形核时间.对304不锈钢,在沸腾MgCl2溶液中应力腐蚀裂纹的形核时间与应力之间满足ti=4310exp(-0.0097σ),而断裂时间与应力的关系为tf=6964exp(-0.0095σ),说明应力腐蚀断裂时间的大部分来源于裂纹的形核过程.断口形貌与外加应力有关,随外加应力增大,断口的穿晶解理部分减少.     

超高强度钢在大气环境中应力腐蚀行为研究

 采用慢应变速率拉伸测试技术研究了一种新型超高强度不锈钢Cr12的应力腐蚀开裂(SCC)行为,结合扫描电镜对应力腐蚀断口形貌进行观察和分析.结果表明,Cr12钢的空拉试样有明显的颈缩现象,断口四周平齐,为裂纹的起源与快速扩展区,以准解理断裂形貌为主.在弱酸性溶液中SCC敏感性增大,断口仍为准解理形貌,局部出现滑移台阶.在弱酸性气氛环境中,氧在薄液膜中的扩散能更快地到达金属表面,阴极反应的供氧量充足,阴极极化强化,钝化膜的稳定性和完整性受到破坏,点蚀更容易发生,从而增大了其SCC敏感性.Cl－通过诱发点蚀形成和阻碍钝化膜修复显著提高了Cr12钢的应力腐蚀敏感性,降低了钢的强度和塑性.应力腐蚀裂纹起源于点蚀坑处,SCC机制可用滑移－膜破裂理论进行解释.     

应力水平对2219铝合金腐蚀损伤力学性能的影响

为明确应力水平及暴露时间对2219铝合金腐蚀损伤力学性能的影响,选择在不同应力水平作用下暴露于EXCO腐蚀溶液中,经不同时间加速腐蚀后的2219铝合金试样,开展表面蚀坑深度测量、力学性能测试、拉伸断口形貌观察试验。结果表明,应力水平、暴露时间都是影响试样应力腐蚀损伤发展从而影响材料力学性能变化的重要因素。在腐蚀的初期阶段,即0.0~1.5 h,应力水平因素的影响有限;当暴露时间大于等于2.0 h,应力水平引起的以蚀坑平均深度为表征的腐蚀损伤更加显著。但在试验时间（2.5 h）内,应力水平对腐蚀损伤所产生的影响小于暴露时间,因而对材料力学性能变化的影响也小于暴露时间。腐蚀损伤造成的点蚀坑、微裂纹破坏了材料的连续性,使试样材料的抗拉强度、延伸率、弹性模量等力学性能指标下降,是促使材料在拉伸试验中没有经过充分的塑性变形阶段就发生瞬间断裂的重要原因。深度大的点蚀坑、微裂纹,可能成为断口主裂纹的起源。     

核电站凝汽器用钛焊管蒸汽腐蚀疲劳性能研究

测定了国产和进口核电站凝汽器用钛焊管在室温大气和人工海水100 ℃水蒸汽介质中的疲劳性能,同时采用扫描电子显微镜对疲劳断口进行了观察,探讨了钛焊管的蒸汽腐蚀疲劳机理。研究结果表明：国产钛焊管与进口钛焊管的疲劳寿命较为接近,水蒸汽氛围大幅度降低了钛焊管的疲劳寿命;疲劳试样的裂纹均萌生于钛焊管焊缝区域的外表面,多为多源萌生,裂纹扩展均以条纹机理为主;断口处有少量二次裂纹,未发现沿晶断裂及周期解理断裂特征,静断区断口形貌为韧窝;从蒸汽腐蚀疲劳试样中,未能观察到明显的腐蚀产物;钛焊管的蒸汽疲劳腐蚀是交变应力和电化学腐蚀交互作用的结果。     

304L不锈钢在核电一回路水中应力腐蚀行为的研究

 在模拟核电一回路高温高压水环境中,采用慢应变速率拉伸试验方法,研究温度对304L不锈钢应力腐蚀开裂的影响规律。通过扫描电镜观察,对试样断口形貌进行分析。结果表明,在高压水环境中,随着温度的升高,材料有向脆性断裂转变的倾向,抗拉强度等参数变化不大,延伸率和断面收缩率略有降低;在研究温度范围内,304L不锈钢试样断口未发现明显脆性解理特征;温度处于200-345℃区间时,没有发现存在304L不锈钢敏感温度,材料应力腐蚀敏感性较低。     

韧脆转变临界事件的探讨

通过对裂纹COD试样和缺口试样在韧脆转变温度下断裂韧性的测试,宏微观断口和力学参数的测量,结合断口、金相观察分析,对裂纹试样和缺口试样解理断裂临界事件和韧-脆转变机理进行了研究。结果表明:在缺口试件中,临界事件是铁素体尺寸的微裂纹扩展进入周围的基体中。在裂纹试样中,临界事件发生转变同缺口试样具有相同的临界事件,造成了纤维裂纹扩展到最终解理断裂。     

微观组织对高速车轮钢解理断裂应力的影响

利用不同奥氏体化温度和冷却速率对碳质量分数为0.54%高速车轮钢进行热处理,得到具有不同晶粒尺寸和珠光体片间距微观组织的试样.在-120~20℃温度下对具有不同微观组织的拉伸试样和三点弯曲(3PB)缺口试样进行测试;采用二维平面应变有限元计算三点弯曲缺口试样缺口前的应力分布;利用扫描电镜对3PB试样断口进行观察并测量解理起裂源的位置;测定不同微观组织车轮钢试样的解理断裂应力.在扩展控制断裂机制下,微观组织对车轮钢的解理断裂应力具有明显影响,晶粒尺寸和珠光体片间距越小解理断裂应力越高.细化晶粒使未扩展微裂纹的特征长度减小,细化珠光体片间距有助于提高珠光体的有效表面能,从而使得解理断裂应力提高.     

α-Ti在甲醇中应力腐蚀及膜致应力的研究

一边保护的α-Ti薄片试样在甲醇溶液中自然腐蚀时会发生弯曲,从而可测出在钝化膜和基体界面的拉应力.随甲醇溶液中含水量的升高,膜致拉应力不断下降,当含水增至10%时,膜致应力为零,与此同时用慢应变速率拉伸所测出的应力腐蚀敏感性也从97%降为零.α-Ti在无水甲醇溶液中应力腐蚀时,透射电子显微镜观察表明,腐蚀过程本身促进位错发射和运动.     

基于破损分区理论和CT数重建混凝土数值模型

为了建立能真实反映混凝土试样内部细观结构的数值模型,分析大体积混凝土的损伤演化特性,利用便携式动力加载设备结合医用Marconi M8000螺旋CT扫描仪进行混凝土单轴压缩CT扫描试验,获得单轴压缩条件下混凝土试样的CT扫描图像。基于破损分区理论,提出了确定阈值的概率统计法,并将混凝土CT扫描图像分为骨料区、硬化水泥石区和孔洞裂纹区。进而基于CT扫描图中每个分辨单元的坐标,建立结构随机型数值混凝土模型,并对单轴静力压缩和拉伸条件下混凝土的损伤演化特性进行数值模拟。研究结果表明:结构随机型数值混凝土模型的细观结构与混凝土试样非常接近,该模型中骨料与砂浆的黏结界面厚度仅为0.04 mm左右,与真实混凝土试样的界面厚度(10～50μm)非常接近;在单轴拉、压应力状态下,混凝土细观裂纹均在强度相对薄弱的初始缺陷处开始萌生,随着应力的增加,裂纹绕着骨料并随强度较弱的界面扩展贯通,界面的强弱在很大程度上决定了混凝土的强度;在单轴压应力状态下,混凝土试样中裂纹较多且大多呈剪切裂纹,而在单轴拉应力状态下初始试样的起裂点较多,有多条裂纹同时发展,但随着应力水平的提高,试样中最终只产生1条与加载方向近乎垂直的主裂纹;无论是在单轴压缩还是单轴拉伸应力状态下,由于加载速度较慢,试样中裂纹扩展均不穿越骨料。     

晶界特征分布对304不锈钢应力腐蚀开裂的影响

通过5%的冷轧变形及在1 100 ℃退火5 min,使304不锈钢中的低ΣCSL晶界比例从固溶处理后的49%提高到75%（Palumbo-Aust标准）.采用C型环样品恒定加载方法,在pH值为1.5的沸腾25%NaCl酸化溶液中进行应力腐蚀实验,低ΣCSL晶界比例为75%的样品在浸泡120 h内没有发生应力腐蚀开裂,而低ΣCSL晶界比例为47%的试样在浸泡24 h后就产生了应力腐蚀裂纹.由断口形貌观察及电子背散射衍射(EBSD)分析表明,开始发生的晶间腐蚀会成为后来应力腐蚀开裂的裂纹源,应力腐蚀开裂由最初的沿晶转变为穿晶形式.低ΣCSL晶界比例提高后的试样因其抗晶间腐蚀性能较好,抑制了在Cl^-环境下应力腐蚀裂纹的萌生,因而提高了抗应力腐蚀性能.     

α-Ti在甲醇溶液中应力腐蚀敏感性和钝化膜应力随电位变化的一致性

利用α-Ti在甲醇溶液中恒电位腐蚀形成钝化膜前后流变应力之差可直接测量钝化膜引起的平均应力.用X射线光电子能谱(XPS)研究了钝化膜的成分.结果表明,当腐蚀电位V≥-240mV时,钝化膜产生拉应力,且随电位下降,膜致拉应力逐渐下降;当电位V≤-280mV时,钝化膜引起压应力.α-Ti在甲醇溶液中应力腐蚀(SCC)敏感性随外电位的变化和膜致应力的变化相一致.当膜致应力是压应力时,不发生SCC;随膜致拉应力升高,SCC敏感性也升高.     

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。     

缺口夹角对细观解理断裂应力的影响

用弹塑性有限元 (FEM)方法分析了 C- Mn钢不同缺口夹角 4点弯曲试样(4 PB)缺口前的应力 -应变场分布 .精确测量了解理起裂源距缺口根部的距离和细观解理断裂应力σf.结果表明 :当缺口夹角从 10°增加到 90°时 ,断裂时的高应力、应变分布产生了明显变化 ,而σf 值相对保持不变 ;解理的临界事件也没有变化 ,表现为铁素体晶粒尺寸的裂纹扩展进入邻近基体 .因而 σf 主要由临界裂纹的长度决定 ,缺口夹角及与其相关的高应力体积对σf 的值几乎没有影响     

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。     

TiAl金属间化合物解理断裂行为的研究

通过三点弯曲预裂纹试样在室温（２５ ℃）和 ７００ ℃的断裂试验,对接近 γ和全层状 α＋ γ的两种 Ｔｉ Ａｌ金属间化合物的解理断裂行为进行了研究．经过断口的详细观察和裂纹尖端应力、应变的有限元计算确定解理断裂的临界阶段．结果表明解理断裂是由预制裂纹的直接扩展所引发,由加工硬化决定的裂尖处的正应力是决定性的控制因素．     

Inconel 718合金短管高温低周疲劳行为

基于位移循环加载试验,对反应堆压力容器密封元件Inconel 718合金O形环短管试样变形幅控制下进行了常温和300℃高温低周疲劳试验研究.结果表明,在循环加载中试样发生接触力松弛,当位移压缩比峰值不低于8%且压缩比幅值超过0.6%时试样会产生低循环疲劳失效.采用弹塑性接触有限元方法对引发疲劳裂纹的试样危险局部的应力应变进行了分析,给出了位移压缩比幅值与危险局部应变幅值的短管疲劳寿命估算式.疲劳试样断口微观分析表明,在初始大变形引起的裂纹萌生区,断口微观形貌表现为晶体滑移与解理撕裂,而在裂纹扩展区表现为解理撕裂与疲劳辉纹共生的混合型裂纹扩展.     

基于应变控制的4Cr5MoSiV1热作模具钢热机械疲劳行为

采用MTS?热机械疲劳电液伺服试验机研究了4Cr5MoSiV1热作模具钢400～700℃范围内拉压对称机械应变控制的同相及反相热机械疲劳行为.结果表明:当应变幅为±0.50％时,4Cr5MoSiV1钢反相热机械疲劳寿命约为同相的60％;无论同相还是反相加载,应力-应变滞后回线均呈现不对称性,同相加载时表现为平均压缩应力,反相加载时表现为平均拉伸应力.两种加载方式下,最大应力与最大应变及峰值温度均不同步,在高温半周出现应力松弛现象.此外,高温半周呈现持续循环软化,而低温半周呈现初始循环硬化,随后持续循环软化的特征.同相加载时断口以主裂纹、撕裂脊和准解理特征为主,裂纹少而深;反相加载时断口以疲劳条纹和大量的凹坑特征为主,裂纹多而浅.     

裂纹连续度对非均质材料中雁行裂纹扩展的影响

应用材料破裂过程分析(MFPA2D)系统,通过对非均质材料试样中预置的雁行裂纹在单轴压缩下裂纹扩展、演化过程的数值模拟,研究了裂纹连续度的变化对裂纹尖端邻域应力场及裂纹扩展模式的影响,同时分析了连续度变化对裂纹起裂应力及强度所造成的影响·数值模拟结果表明随裂纹连续度的减小,裂纹内尖端的应力场逐渐由拉应力场过渡为压应力场,裂纹的扩展模式相应地经历拉模式(T)、拉剪模式(T S)及压模式(C),裂纹扩展的起始角度与最大压应力之间的角度也逐渐增大·此外,数值模拟结果还表明裂纹尖端的起裂应力大致为试样极限强度的1/2～1/3·     

钢在H_2S中的应力腐蚀机构

用抛光的WOL型恒位移试样跟踪观察了各种低合金钢在H_2S中应力腐蚀裂纹产生和扩展的规律。结果表明:当钢的强度和K_I均大于临界值之后,在裂纹前端将会发生滞后塑性变形,即裂纹前端塑性区的大小及其变形量将随时间延长而逐渐增加,当这种滞后塑性变形发展到临界状态时就会导致应力腐蚀裂纹的产生和扩展。 对超高强钢来说,当这个滞后塑性区闭合后应力腐蚀裂纹就在其端点形核,随着滞后塑性变形的发展,这些不连续的应力腐蚀裂纹逐渐长大并互相连接。对强度较低的钢,随滞后塑性变形的发展,应力腐蚀裂纹沿着滞后塑性区边界向前扩展。 已经证明这个滞后塑性变形是由氢引起的,称作氢致滞后塑性变形。 利用WOL型试样测量了在H_2S气体以及H_2S饱和水溶液中的K_(ISCC)和da/dt研究了它们随强度变化的规律,以及阴极极化和阳极极化对超高强钢K_(ISCC)和da/dt的影响。     

碳化物粒子尺寸对裂纹断裂韧性的影响

通过对铁素体晶粒尺寸相同、碳化物粒子尺寸不同的两种低合金钢ＣＯＤ裂纹试样断裂韧性的测试，宏微观断口和力学参数的测量，结合断口、金相观察分析，对碳化物粒子尺寸对裂纹断裂韧性的影响及其机理进行了研究．结果表明：在裂纹试样的解理断裂中，临界事件是碳化物粒子尺寸的微裂纹扩展进入铁素体基体．碳化物粒子尺寸在决定局部断裂应力。ｆ和有关的韧性参数中起决定性作用．在铁素体晶粒尺寸和屈服应力相同的条件下，大碳化粒子尺寸的材料具有低的裂纹断裂韧性．