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。     

环形缺口小冲杆试样结合内聚力模型提取断裂韧性参数

在役设备和辐照材料的断裂韧性可以采用环形缺口小冲杆试样获取.采用内聚力模型描述T91钢的韧性断裂行为和裂纹扩展过程,并以反向有限元法标定模型所需的两个材料参数.反向有限元法的成功实现需要断裂损伤阶段的载荷位移曲线对两个模型参数较为敏感,可以通过样品和缺口的几何尺寸加以优化.研究了试样直径与厚度的比例、试样缺口深度以及有...     

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。     

基于小冲杆试样蠕变试验的P91钢缺口敏感度分析

以服役过的P91为对象,通过小冲杆蠕变实验研究了不同缺口长度对试样蠕变断裂寿命及断裂机理的影响,结果表明不同缺口长度对试样的蠕变断裂蠕变寿命产生显著影响而且试样蠕变断裂寿命与缺口长度并不成比例,缺口长度c=4.mm试样蠕变断裂时间最短,c =5.25 mm试样蠕变断裂时间最长;断裂试样微观断口分析表明不同缺口长度试样的断裂机理与裂纹起裂位置及扩展方向相关,不同缺口长度导致裂纹起裂位置不同及扩展方向不同使得试样蠕变断裂寿命不同。     

纯铝试样厚度与缺口深度对拉伸破坏的影响

对含缺口矩形截面纯铝试样进行拉伸破坏试验,通过改变试样厚度和缺口深度研究应力三维度对试样破坏的影响;采用有限元方法对试样的拉伸破坏进行了模拟分析.试验和模拟分析表明:断裂应变随试样厚度的增大而增大,而缺口深度增大时断裂应变却减小,因此,以往应力三维度增高导致断裂应变下降的观点不一定正确.     

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。     

Q345B钢材GTN模型损伤参数标定及应用

目的标定Q345B钢材GTN模型损伤参数及评价损伤参数,并对钢管相贯节点的损伤起始位置进行预测.方法对取自Q345B钢材的光滑圆棒和带缺口的圆棒试样进行单轴拉伸试验,采用逆推法标定GTN细观损伤力学模型参数,并应用有限元分析方法预测相贯节点的损伤起始位置以及开裂破坏过程.结果引入的GTN细观损伤力学模型参数的支管端部荷载-相对凸凹变形曲线与试验结果吻合较好,有限元分析计算得到的损伤起始点荷载和位移与试验结果接近,并且有限元模拟的损伤起始位置与试验中观测到的裂纹开展起始位置相近.结论 Q345B钢材GTN损伤本构模型,能够模拟结构断裂过程,预测结构的断裂荷载、断裂位移、破坏位置.     

用于短时交通流预测的多项式分布滞后模型

提出了用于短时交通流预测的多项式分布滞后模型.其建模思想是交通状态时间序列同时受自身滞后项之外的多个因素影响,并且影响分布到了多个时段.通过与ARIMA模型(自回归整数移动平均模型)的预测精度对比分析,表明PDL（多项式分布滞后）模型具有与ARIMA相同的预测精度,而在模型可移植性、算法复杂性和实现方面更具优势.研究结果为短时交通流预测理论提供一种新的研究思路.     

2A97铝锂合金的Johnson-Cook本构模型及失效参数

在爆炸及高速碰撞的有限元模拟中,往往涉及到材料的大变形、断裂过程.文中选取2A97铝锂合金材料,针对Johnson-Cook(J-C)失效模型,对获取相应失效参数的方法进行了研究;设计了不同缺口尺寸的试样,结合有限元模拟对缺口试样的应变分布和应力三轴度进行了研究,发现缺口试样的最大应变集中于缺口表面处,得到了缺口表面处应力三轴度在加载过程中的变化情况.基于此结果,文中还制作了细散斑,并通过二维数字图像相关(DIC)测量方法得到了常温至573 K下准静态及动态加载试样的失效应变,从而准确地将修正应力三轴度、应变率和温度与失效应变对应起来,获取了更为准确的J-C失效模型参数;通过对铝锂合金断口使用SEM扫描电镜进行微观观察,探究了应力三轴度影响铝锂合金失效应变的微观机理,发现材料在变形过程中产生的微孔洞随应力三轴度的增大而不再大量聚集形成韧窝.     

双态组织γ-TiAl基合金的室温拉伸断裂机理的研究

通过对双态组织的扫描电镜原位拉伸实验、相应的断裂表面观察以及有限元计算,研究了TiAl基合金双态组织拉伸的断裂机理.研究表明,许多裂纹在塑性变形前沿着层间起裂和扩展,断裂发展的驱动力是拉应力.在直缺口试样中,许多裂纹直接起裂于缺口根部,而且起裂于γ晶粒,并沿着层间扩展.随着拉应力的增加,主裂纹和新裂纹也可以通过障碍晶粒的穿层解理断裂来连接.然而在V型缺口试样中,裂纹则起裂于距缺口根部一定距离处.通过有限元计算得到沿层断裂强度大约为110MPa,穿层断裂强度大约为250MPa,这就是裂纹更容易沿着层间形核及扩展的原因.     

氢对不锈钢钝化膜纳米力学性能的影响

利用电化学实验方法和纳米力学探针技术，通过测量载荷-位移关系曲线，研究了氢对不锈钢钝化膜纳米力学性能的影响，结果表明：随氢含量的增加，不锈钢钝化膜的临界破裂载荷降低，位移偏移量减小，氢导致钝化膜的径向抗拉强度(应力)和弹性模量降低，钝化膜随氢含量的增加而逐渐软化。     

金属内氢扩散过程的边界元分析

本文采用边界元素法。对金属内氢的扩散过程进行了分析与计算,给出了裂尖附近氢的聚集过程及氢浓度分布随时间变化的定量关系,结果表明,裂尖塑性区内氢浓度随扩散时间的增加而升高,在一定时间范围内,裂纹前缘氢浓度会出现多峰值现象,随着时间推移,塑性区内会出现氢的高度浓集,这是导致金属材料氢脆破坏的根源所在。文中还与有关的试验现象和结果进行了比较与讨论。进一步探讨了金属的氢脆裂纹扩展机制。     

氢对镍基合金Inconel Alloy600力学性能的影响

通过建立一套电化学充氢和可扩散氢含量测量装置,对镍基合金Inconel Alloy 600(600合金)板试样充氢后进行常温拉伸试验,研究了600合金在充氢前后力学性能的变化及其与氢含量的关系.结果表明:材料在充氢后塑性有一定的减损,且减损的程度随着平均氢浓度的增加而增加,当充入试样中的平均氢质量分数大于10×10-6时,相对断面收缩率达到10％以上,达到氢损伤范畴.此外氢进入600合金还使材料的屈服强度、抗拉强度和弹性模量也降低.扫描电镜(SEM)测试表明:充氢前后试样断口的表层由韧性断裂变为由氢导致的沿晶脆性断裂.     

Effects of H content on the tensile properties and fracture behavior of SA508-III steel

SA508-Ⅲ steel was charged with different hydrogen (H) contents using a high-pressure thermal charging method to study the effects of H content on the tensile properties and evaluate the H embrittlement behavior of the steel. The results indicate that the ultimate tensile strength remains nearly unchanged with the addition of H. In contrast, the yielding strength slightly increases, and the elongation significantly decreases with increasing H content, especially at concentrations exceeding 5.6×10-6. On the basis of fractographic analysis, it is clear that the addition of H changes the fracture mode from microvoid coalescence to a mixture of river patterns and dimples. Carbides are strong traps for H; thus, the H atoms easily migrate in the form of Cottrell atmosphere toward the carbides following moving dislocations during tensile deformation. In addition, stress-induced H atoms accumulate at the interface between carbides and the matrix after necking under three-dimensional stress, which weakens the interfacial bonding force. Consequently, when the local H concentration reaches a critical value, microcracks occur at the interface, resulting in fracture.     

高压氢气对金属材料断裂韧性的影响

基于应力诱导氢扩散理论、氢致键合力降低理论和线弹性断裂力学理论,提出了一个描述氢气对金属断裂韧性影响的数学模型,用于定量预测金属在氢气中的断裂韧性.结果表明,当已知金属在低压氢气中的断裂韧性时,利用所提出的模型可以外推出金属在高压氢气中的断裂韧性,从而避免了在高压氢气中测量金属断裂韧性所带来的危险性.同时,利用文献报道的几种金属材料在不同氢气压力下的断裂韧性试验值对模型进行验证发现,所建立的模型对预测金属在氢气中的断裂韧性具有较好的有效性.     

涉氢环境中连续/间断腐蚀对X80钢力学性能的影响

This study investigated the susceptibility of X80 pipeline steel to hydrogen embrittlement given different hydrogen pre-charging times and hydrogen charging–releasing–recharging cycles in H₂S environment. The fracture strain of the steel samples decreased with increasing hydrogen pre-charging time; this steel degradation could almost be recovered after diffusible hydrogen was removed when the hydrogen pre-charging time was<8 d. However, unrecoverable degeneration occurred when the hydrogen pre-charging time extended to 16–30 d. Moreover, nanovoid formation meant that the hydrogen damage to the steel under intermittent hydrogen pre-charging–releasing–recharging conditions was more serious than that under continuous hydrogen pre-charging conditions. This study illustrated that the mechanical degradation of steel is inevitable in an H₂S environment even if diffusible hydrogen is removed or visible hydrogen-induced cracking is neglected. Furthermore, the steel samples showed premature fractures and exhibited a hydrogen fatigue effect because the repeated entry and release of diffusible hydrogen promoted the formation of vacancies that aggregated into nanovoids. Our results provide valuable information on the mechanical degradation of steel in an H₂S environment, regarding the change rules of steel mechanical properties under different hydrogen pre-charging times and hydrogen charging–releasing–recharging cycles.     

Effect of shot peening on hydrogen embrittlement of high strength steel

The effect of shot peening (SP) on hydrogen embrittlement of high strength steel was investigated by electrochemical hydrogen charging, slow strain rate tensile tests, and hydrogen permeation tests. Microstructure observation, microhardness, and X-ray diffraction residual stress studies were also conducted on the steel. The results show that the shot peening specimens exhibit a higher resistance to hydrogen embrittlement in comparison with the no shot peening (NSP) specimens under the same hydrogen-charging current density. In addition, SP treatment sharply decreases the apparent hydrogen diffusivity and increases the subsurface hydrogen concentration. These findings are attributed to the changes in microstructure and compressive residual stress in the surface layer by SP. Scanning electron microscope fractographs reveal that the fracture surface of the NSP specimen exhibits the intergranular and quasi-cleavage mixed fracture modes, whereas the SP specimen shows only the quasi-cleavage fractures under the same hydrogen charging conditions, implying that the SP treatment delays the onset of intergranular fracture.     

取代基上官能团位置对苄基壳聚糖衍生物液晶性的影响

合成了4种N-苄基化壳聚糖衍生物,即N-(2-羟基苄基)壳聚糖、N-(3-羟基苄基)壳聚糖、N-(4-羟基苄基)壳聚糖和N-(3-甲氧基-4-羟基苄基)壳聚糖(分别简写为NOCS、NMCS、NPCS和NMPCS),它们的取代基上官能团的数目和位置不同.N-取代度相近,分别为0.72,0.62,0.71和0.68.衍生物溶解在甲酸溶液中均呈现胆甾型溶致液晶相.用偏光显微镜法和折射率法测得各衍生物的液晶临界浓度w分别为28%,37%,24%和27%,均比纯壳聚糖的12%有很大提高,因为取代基的引入破坏了壳聚糖分子内与分子间非常强烈的氢键作用.通过分子模拟,对4种壳聚糖衍生物分别从分子内氢键作用与分子间氢键作用两个方面进行了比较.在分子内氢键方面,NOCS较强,NMCS、NPCS和NMPCS均较弱.在分子间氢键方面,NOCS较弱,NMCS居中,NPCS与NMPCS较强.将分子内或分子间氢键作用与临界浓度相联系,可见分子内氢键强(如NOCS)或者分子间氢键强(如NPCS,NMPCS),都显著地提高了分子链的刚性,分子链的排列与取向更加规整,因而降低了壳聚糖衍生物的液晶临界浓度,这两个因素只要具备一个即可.若两者都不强(如NMCS),则分子链的刚性较小,临界浓度明显较高(37%).对于该体系,氢键的强弱对液晶临界浓度有着决定性的影响.     

不锈钢堆焊试件熔合区充氢前后的断裂韧性研究

研究了氢对不锈钢堆焊层熔合区的断裂韧性的影响作用。发现不锈钢堆焊层熔合区的断裂韧性随着充氢时间的增加而下降,结果表明,氢是引起加氢反应器不锈钢堆焊层剥离的主要因素。     

Ni-S合金析氢阴极的制备研究

以硫脲作为硫源,在改进的瓦特镀液体系中用电沉积方法获得N i-S合金镀层,系统地研究了硫脲浓度、电流密度、电沉积时间、镀液温度、pH值、有机添加剂等实验条件对N i-S合金电极析氢活性的影响.用重量分析法测定电沉积层中硫的含量,X-射线衍射技术表征镀层的晶形结构,稳态恒流极化法研究N i-S合金层的电催化活性.实验结果表明,电沉积得到的析氢活性较好的镍硫合金为非晶态结构和弱晶结构,硫含量为11.59%(重量比)时,N i-S合金电极具有优良的电催化性能,且在长期电解条件下电极仍有良好的析氢活性.