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     

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。     

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。     

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     

氢在Q960纯净钢中的扩散

用电化学氢渗透方法研究高强度纯净钢Q960中氢陷阱、氢渗透温度和试样厚度对氢扩散系数的影响. 研究结果表明: Q960纯净钢中的氢陷阱延长氢原子的穿透时间, 同时降低氢在钢中的扩散系数, 而可逆氢陷阱对氢扩散系数的影响大于不可逆氢陷阱; 氢在Q960纯净钢中的表观扩散激活能为26 056 J/mol; 氢在Q960纯净钢中的扩散系数与试样厚度无关.     

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。     

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。     

工业纯铁中氢扩散及捕获行为研究：Ⅰ.完全退火工业纯铁中氢的扩散系数

用Devanathan双电解池氢渗透技术测量了20—80℃工业纯铁中氢的扩散系数,D=10.7×10~(-4)exp(-Q/RT),其中扩散激活能Q=7710±150J/mol.本文还讨论了运用电化学法测量氢的扩散系数、制备薄片渗透试样应注意的几个问题.     

300M超高强度钢电化学性能及应力腐蚀开裂

采用动电位扫描技术和慢应变速率拉伸试验研究了超高强度钢300M在3.5%NaCl溶液中的应力腐蚀行为,并利用扫描电镜观察了不同外加电位下的断口形貌.300M钢在3.5%NaCl溶液中开路电位下的应力腐蚀开裂机制为阳极溶解型,Cl-的存在明显地增加了材料的应力腐蚀开裂敏感性.阳极电位-600 mV下300M钢溶解速率加快,表现出较高的应力腐蚀开裂敏感性,断面收缩率损失由开路电路下的52.6%升高至99.5%,裂纹起源于表面点蚀坑处,应力腐蚀开裂为阳极溶解型机制.阴极电位-800 mV下材料处于阴极保护电位范围,表现出较低的应力腐蚀开裂敏感性,强度和韧度与空气中拉伸的数值相近,开裂机制为阳极溶解和氢致开裂协同作用.在更低电位(低于-950 mV)下,300M钢的应力腐蚀开裂机制为氢致开裂,在氢和拉应力的共同作用下表现出很大的应力腐蚀开裂敏感性.     

稀土元素对氢在铁中渗透过程的影响

本文用电化学方法研究了稀土元素Nd和La对工业纯铁中氢的渗透过程和扩散系数的影响。实验结果表明,随着铁中Nd或La含量的增加,氢的渗透过程减慢、扩散系数下降。固溶Nd和La原子是铁中氢的可逆浅陷井。固溶Nd原子与氢的结合能为4.4kcal/mol。当钕含量在0.082wt.％以下时,氢在铁中的扩散过程激活能为6.1kcal/mol。实验还测定了含Nd铁中氢的渗透过程激活能为8.7kcal/mol。     

拟因子设计法在断裂韧性研究中的应用

ZG-18铸钢是一种不含镍的铸造结构钢,用代替飞机上的某些受力模锻件。虽然在同强度条件下铸钢的塑性、冲击韧性及疲劳强度比锻钢差,但其K_(IC)和(da/dN)却优于锻钢,所以从破损安全设计观点来考虑,用ZG-18铸钢代替锻钢作受力件是可行的。为了找到具有最佳断裂韧性的工艺条件,我们运用拟因子设计法研究了试验温度,热处理工艺以及硫含量等因素对K_(IC)的影响。结果表明: (1)ZG-18铸钢回火马氏体组织的K_(IC)平均值是356kg·mm~(-3/2),而上贝氏体组织的K_(IC)平均值是247kg·mm~(-3/2),相差将近45％。 (2)ZG-18铸钢最佳热处理工艺是低于250℃等温处理或油淬后低温(<300℃)回火,这样可获得马氏体组织,其断裂韧性最高,强度也较高,其它性能也不差。 (3)无论是等温回火还是油淬回火,降低硫含量将使K_(IC)提高,故应尽量降低材料的硫含量。     

Al-Mg-Pb-Sn-Ga铝合金阳极材料组织对电化学性能的影响

研究了冷轧变形量为95%Al-Mg-Pb-Sn-Ga五元铝合金阳极板材不同温度退火处理后的织构和其在4 mol/L NaOH+10 g/L Na2 SnO3溶液中的静态析氢速率与电化学性能.结果表明:此五元铝合金阳极板材,随退火温度的升高、保温时间的延长,立方织构含量增多,在4 mol/L NaOH溶液中反应后,表面腐蚀空隙率增多、深度增加,阳极极化减弱;回复退火处理的五元铝合金板材,析氢速率降低,稳定工作电位负移;再结晶退火时,随退火温度的升高、时间的延长,稳定工作电位的负移程度减少,析氢速率稍有增大.AM0501铝合金阳极板材在250℃-10 h、300℃-3 h回复退火,其在4 mol/LNaOH+10 g/L Na2 SnO3溶液中,恒电流极化时,具有理想的低自腐蚀析氢速率,负的稳定工作电位等电化学综合性能.     

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。     

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     

Mg-Al-Zn系合金高温压缩流变应力研究

在Gleeble-1500热模拟机上对Mg-Al-Zn系合金(AZ31和AZ80)的高温压缩流变应力行为进行研究.结果表明:材料真应力-应变曲线呈现动态再结晶特征.合金元素含量差异引起材料高温变形行为不同.AZ31合金流变应力行为受变形温度影响:变形温度低于350℃时呈幂指数关系;高于350℃时呈指数关系,应力指数n为7,热变形激活能Q为112 kJ/mol.AZ80合金高温流变应力符合幂指数关系,应力指数n为6,热变形激活能Q为220 kJ/mol.     

氢对X80钢在库尔勒土壤模拟溶液中应力腐蚀开裂行为的影响

采用电化学充氢技术、动电位扫描技术、交流阻抗技术(EIS)和慢应变速率拉伸试验(SSRT)研究库尔勒土壤模拟溶液中氢对X80管线钢应力腐蚀开裂(SCC)行为的影响,并利用扫描电镜(SEM)观察试样断口形貌。研究结果表明:充氢电流密度和充氢时间的增加均能加速金属腐蚀反应;随着充氢量的增大,试样自腐蚀电位呈下降趋势,腐蚀速率逐渐增大,氢促进了X80钢在库尔勒模拟溶液中腐蚀的发展;电化学充氢后,X80钢的应力腐蚀开裂行为主要由氢致开裂(HIC)作用决定,阳极溶解过程只起到辅助裂纹形核的作用,因为氢能引起材料局部塑性变形,促进裂纹尖端形核和扩展。     

海水激活电池用Mg-Hg-Ga合金阳极材料的腐蚀行为

通过Mg-3％Hg-2％Ga阳极材料在3.5％ NaCl水溶液中的析氢和浸泡实验研究其宏观腐蚀速率,通过动电位极化法和交流阻抗谱分析镁合金的电化学腐蚀行为;用扫描电镜分析镁合金的表面腐蚀形貌,讨论Mg-3％Hg-2％Ga合金的腐蚀机理.研究结果表明;Mg-3％Hg-2％Ga在3.5％ NaCl介质中的析氢速率为2.4×10-4mL/(cm2·s),浸泡128 h后,试样表面腐蚀均匀,腐蚀产物易脱落;在10 mV/s的扫描速度下,动电位极化测得腐蚀电流密度为2.41 mA/cm2;在开路电位下测得电极电荷转移阻抗为222.6 Ω/cm2,等效电容为8.48×10-4F.Mg-3％Hg-2％Ga阳极材料可开发为海水电池用镁合金阳极材料.     

氢在无序态和有序态Ni3Fe合金中的扩散行为

采用电解渗氢的方法研究室温下氢在无序态和有序态Ni₃Fe合金中的扩散行为.研究结果表明,在相同渗氢温度下,渗氢后的Ni₃Fe合金的延伸率随渗氢时间的增加而降低,拉伸断口上的沿晶断裂区(IG)的深度随渗氢时间的增加而增加;在相同渗氢时间下,合金拉伸断口上的沿晶断裂区的深度随渗氢温度的增加而增加.沿晶脆性断裂区的深度与渗氢温度和时间的关系符合菲克扩散方程的解.时间滞后法计算结果表明,氢在无序态Ni₃Fe合金中的表观扩散系数高于在有序态合金中的表观扩散系数.氢在无序态和有序态Ni₃Fe合金中的扩散激活能分别为44.9 kJ/mol和29.5 kJ/mol.     

用慢应变速率法评定低合金钢焊接接头的应力腐蚀破裂

用慢应变速率法研究了4种低合金海洋用钢焊接接头在人工海水自腐蚀状态和阴极极化状态下的应腐蚀行为,试验结果表明,在自腐蚀情况下,不会发生任何类型的应力腐蚀破裂,但在阴极极化状态下则可能由于过负的保护电位而产生电位而产生氢脆型应力腐蚀破裂,提出了以氢脆临界转变电位EHEC作为评定环境氢脆敏感性的定量指标,用以代替析氢电位作为最大的阴极保护电位。     

水质稳定剂对模拟工业电解锌回水中电化学行为的影响

采用动电位扫描、Tafel极化以及交流阻抗等电化学测试技术研究工业电解锌净化水回用系统中3种水质稳定剂(YJ101,YJ102．YJ103)对锌电解过程的影响。对0．5 mol／L ZnSO4溶液中动电位扫描的研究结果表明,水质稳定剂可以明显增大电解锌过程的阴极极化,在温度为25℃,极化电流密度为4 A／dm2时,电解锌的阴极极化至少增加0．030 V,其中YJ103最大增加0．106 V;在温度为40℃,极化电流密度为4 A／dm2时,电解锌的阴极极化至少增加0．051 V,其中YJ103最大增加0．101 V。Tafel极化结果表明,水质稳定剂的加入使得锌阴极还原反应的Tafel斜率平均增大约25 mV。交流阻抗测量结果表明,水质稳定剂能够增加锌离子还原的阴极极化阻力。水质稳定剂都能细化沉积锌层的晶粒,平滑锌沉积层。在0．5 mol/L Na2SO4溶液中的阴极极化结果进一步表明水质稳定剂在一定条件下能抑制氢的析出,提高锌电解过程的电流效率。