应力腐蚀断裂与声发射

本文探讨了30CrMnSiNi2A超高强度钢在不同环境条件下的应力腐蚀过程中声的发射特征和断裂机理。     

冷脆断裂控制图的建立及其应用

从冷脆断裂的本质出发,分析了冷脆断裂各种诱发因素,通过大量的试验,分别初步建立了载荷控制的冷脆断裂图、名义应力控制的冷脆断裂图和断裂应力控制的冷脆断裂图。通过对38CrA钢显微组织参量、工作状态应力和工作环境条件对冷脆断裂的定量或半定量的研究,初步建立了3维的断裂应力控制的冷脆断裂的雏型,并讨论它在冷脆断裂和预防、冷脆安全评估及冷脆断裂控制设计等方面的应用。     

模拟海洋环境中两种结构钢焊接接头腐蚀特性

采用周浸实验模拟海水周期浸润环境,中性盐雾实验模拟海洋大气环境,加以恒载荷拉伸应力条件研究了10CrNi3MoV和12MnSiNiCrMo两种结构钢焊接接头的腐蚀特性,并测试分析了其焊接接头各处的动电位极化曲线.通过金相分析研究了两种钢焊缝区、热影响区与母材的显微组织差别.结果表明:两种钢的焊缝区较母材更易发生腐蚀,应力腐蚀断裂位置均位于焊缝区,且焊缝区腐蚀电流密度最大,母材最小;10CrNi3MoV钢焊接接头的耐蚀性能要好于12MnSiNiCrMo钢,在较低和较高应力水平下10CrNi3MoV钢焊接接头的耐应力腐蚀性能也优于12MnSiNiCrMo钢,同时12MnSiNiCrMo钢各区腐蚀电流密度都远大于10CrNi3MoV钢.焊接后不同区域金相组织的差别是造成上述现象的原因,母材区适量的针状铁素体能够保持其强韧性和耐蚀性,焊缝区过量的铁素体则导致其耐蚀性和耐应力腐蚀性能降低.     

304不锈钢的应力腐蚀断裂

用慢应变速率技术研究了敏化的304不锈钢在氧饱和的NaCl溶液中的应力腐蚀断裂(SCC)行为以及浓度、温度和电位的影响。结果表明,在90℃1000ppmNaCl溶液中,在5.5×10~(-6)s~(-1)应变速率下,电位大于-0.5V(相对于SCE,下同)有应力腐蚀敏感性。随着应变速率提高、浓度减小或温度降低,断裂电位范围移向较正的电位(-0.2V以上)。在较慢的应变速率下,在-0.5～-0.2V产生单裂纹;高于-0.2V对于所用的两种应变速率都产生多裂纹;低于-0.6V未发现裂纹。该体系的自腐蚀电位在-0.25V附近,处于SCC敏感区。恒电位下动态应变试验中电流增量与平均裂纹速度在双对数座标上呈正比关系,表明该体系的沿晶SCC本质上受溶解控制。     

模拟服役环境中航空导管连接件耐蚀性能研究

采用自制的航空导管连接件腐蚀试验系统,研究了航空镀镉45^#钢导管连接件在模拟服役环境中的气密性、油压气密性以及应力腐蚀、表面腐蚀等性能.对该导管连接件在高温盐水溶液6%NaCl(90±5)℃浸泡与空气烘烤(60±5)℃循环200次条件下的表面腐蚀及应力腐蚀行为进行了评价;探讨了在模拟服役环境中,45^#钢发生腐蚀的机理.10^＃航空油不对镀镉45^＃钢造成腐蚀.镀镉45^#钢导管连接件在模拟服役环境中只是表面镀镉层发生腐蚀破坏,基体45^#钢只发生轻微腐蚀,表明45^＃钢导管连接件表面的镀镉磷化层可作为阳极性镀层而对基体金属进行保护.在最小屈服强度0.85的弯曲应力水平作用下,无应力腐蚀倾向.导管材料铝合金LF2-M与连接件45^#钢在6％NaCl水溶液中只有很小的电偶腐蚀电流,平均电偶电流密度为0.185μA/cm²,证明该类导管及导管连接件能安全地进行偶接.     

00Cr18Ni10N奥氏体不锈钢焊接接头应力腐蚀特性

采用恒载荷应力腐蚀实验方法和表面显微分析方法研究了3.5% NaCl水溶液中00Cr18Ni10N奥氏体不锈钢母材及焊接接头的应力腐蚀开裂行为.通过应力腐蚀120 h后剩余强度的损失量分析来比较00Cr18Ni10N母材及其焊接接头的应力腐蚀性能,并利用金相显微镜和扫描电镜研究了00Cr18Ni10N钢焊缝区、热影响区与母材的显微组织差别和应力腐蚀开裂断口形貌.结果表明,焊接接头的应力腐蚀断裂位置均位于焊缝区,在较高应力水平90%σ_0.2下00Cr18Ni10N母材的强度损失较焊接接头低13.02%,母材的抗应力腐蚀性能优于焊接接头.断口形貌分析表明,00Cr18Ni10N母材和焊接接头在应力和腐蚀介质的共同作用下发生断裂,断口显现出沿晶断裂和韧窝断裂的形貌特征.     

LC_4高强度铝合金应力腐蚀断裂机理的研究(一)

本文用DCB试样研究了LC4高强度铝合金在pH=6～6.5,35℃±1℃的3.5％NaCl溶液中应力腐蚀断裂机理。 文中分析了断口表面的特征,并且指出靠近裂纹尖端的断口表面上被一层薄的钝化膜所复盖。它是一种非常有效的防止氢进入金属的阻挡层。 用金相跟踪照相的方法得到的应力腐蚀断裂试验结果证实裂纹尖端前沿的塑性区大小取决于裂纹尖端的K_1,而不取决于其它因素。 用恒电位技术得到的IgV—ψ曲线,表明阴极极化作用会抑制裂纹扩展,而阳极极化作用会促进裂纹扩展速率。 作者论证了LC4铝合金在试验条件下的裂纹扩展不是由于氢脆引起的。     

广义断裂等寿命曲线与二维门槛值概率分布

根据疲劳等寿命曲线思想,首次提出广义断裂等寿命ΔKth-Kmth曲线概念及其表达式,该公式具有明确的物理意义,并能合理表达疲劳裂纹扩展门槛值均值与幅值之间的关系,用以确定二维门槛值概率分布;根据相关系数优化法建立了该公式的参数估计方法,并给出了具有可靠度p的广义断裂等寿命p-ΔKth-Kmth曲线公式,以广义p-ΔKth-Kmth曲线为基础首次导出了二维断裂门槛值概率分布,最后,分别以LY11和40CrNiMoA材料为研究对象,各进行了3组不同应力均值下的门槛值试验,并运用该方法对上述试验结果进行了可靠性分析,发现精度良好.     

腐蚀条件下疲劳寿命评定的名义应力法

提出了腐蚀条件下飞机结构疲劳寿命评定的名义应力法.以地面停放腐蚀影响系数C-T曲线为基础,通过计算反推建立飞机结构疲劳关键危险部位对应不同地面停放时间的p-S-N曲线族,应用线性累积损伤(Miner)理论估算飞机结构在使用环境谱载下的疲劳安全寿命;考虑空中腐蚀疲劳影响对疲劳安全寿命加以修正.该方法为腐蚀条件下飞机结构寿命的评定提供了有效可行的技术途径,具有重要的工程应用价值.     

高强度铝合金中氢传输的研究

采用化学镀镍层作为铝合金LC4上防护层,应用电化学氢渗透技术研究了氢在LC4中的静态传输规律以及在不同热处理状态下,氢在LC4中的传输对其应力腐蚀敏感性的影响。实验结果表明:常温下氢在LC4中的静态传输是以扩散为控制步骤的过程。氢扩散系数为10~(-9)cm~2·s~(-1)数量级,为同条件下氢在纯铝中扩散系数的四分之一;LC4材料的DCB试样在常温下的3.5％NaCl溶液中的应力腐蚀断裂不遵循氢脆机理。     

成形极限预测韧性断裂准则及屈服准则的影响

将韧性断裂准则用于预测板材成形极限,通过数值模拟HS钢、IF钢和6111-T4铝合金3种板材在单向拉伸、平面应变和双向等拉等不同应变路径下的变形过程,获得试件中心区域主应变最大单元的应变历史,结合成形极限实验数据计算韧性断裂准则的材料常数;通过对接近平面应变变形路径下的模拟结果与实验获得的网格应变相比较分析了Hill48,Hill90和Barlat89 3种各向异性屈服准则对模拟获得的应变路径的影响.结果表明,Barlat89屈服准则可以较好地描述单元的应变路径;在此基础上比较了几种韧性断裂准则用于预测板材断裂成形极限的计算结果, Cockcroft-Latham准则和总塑性功准则的计算结果比较理想,材料常数的确定也较为简单.      

旋转部件SGBEM-FEM耦合热弹性断裂分析

旋转部件载荷复杂,易萌生裂纹,引发疲劳断裂失效。针对含裂纹受热旋转部件,在全局无裂纹区域使用有限元法(FEM),发挥其在大型结构仿真分析方面的优势;在裂纹附近局部子域使用对称伽辽金边界单元法(SGBEM),发挥其在结构断裂分析方面的优势。构造考虑旋转惯性载荷和热载荷影响的SGBEM超单元,该超单元刚度矩阵对称半正定,且施加的旋转惯性载荷和热载荷仅影响等效力向量,可实现与有限元刚度矩阵和力向量的直接装配,从而耦合求解旋转部件的热弹性断裂问题。采用构造的SGBEM超单元FEM耦合法计算了含裂纹受热旋转圆盘的应力强度因子,验证了该方法的有效性。      

基于威布尔分布的C-T曲线通用性分析

为研究载荷谱、恒幅应力水平及裂纹尺寸对疲劳寿命预腐蚀影响系数C(T)的影响,建立了基于疲劳寿命服从威布尔分布的C(T)对比法.地面停放预腐蚀对结构疲劳寿命的影响规律可以用C-T曲线表示,当预腐蚀疲劳寿命位于长寿命段,常假定其服从威布尔分布,C(T)为预腐蚀后和未腐蚀结构特征寿命的比值.取预腐蚀疲劳寿命分布函数的形状参数为材料常数,采用极大似然方法估计特征寿命,得到其分布特性,从而建立了C(T)估计量的分布特性,构造了不同环境下的C(T)统计对比法,用于C-T曲线通用性分析. 试验数据分析表明,当取疲劳寿命服从威布尔分布时,C-T曲线与载荷谱、应力水平及裂纹尺寸基本无关.     

高强合金与钛合金的电偶腐蚀行为

采用电偶腐蚀实验方法、扫描电镜和能谱方法等研究了高强合金与钛合金异接电偶腐蚀行为.从不同材料、不同成分对电偶腐蚀的影响,研究了电偶腐蚀的规律及电偶对偶接的可能性.同时比较了铝合金和高强度钢与钛合金电偶腐蚀行为的差异,探讨了自腐蚀电位差与电偶电流密度的关系.实验表明,铝合金LY12、铝合金LC4、高强度钢30CrMnSiA均不能与TC2钛合金偶接,高强度钢1Cr17Ni2则可以与TC2偶接,且电偶电流密度随自腐蚀电位差增大而增大.      

超高强度钢37SiMnCrNiMoV的储存效应研究

采用超高强度钢37SiMnCrNiMoV制造高压容器,在某些情况下储存会显著降低其使用性能,这种现象被称为储存效应.本文以应力腐蚀破坏时间变化来衡量储存效应的强弱.研究了储存时间与储存后除氢处理对储存效应的影响.研究结果表明储存效应的实质是在第二类内应力诱导下由环境向材料内部渗氢并集聚到峰值应力区,进而在夹杂物尖端产生显微裂纹的过程.      

基于故障树的飞机结构腐蚀损伤模糊综合评判

针对飞机结构腐蚀损伤分析和评价过程中影响因素复杂且具有模糊性的问题,提出了基于故障树分析和模糊理论的方法对飞机结构在复杂环境下发生的腐蚀损伤进行综合评判.对飞机结构腐蚀损伤过程和机理进行分析,构建飞机结构腐蚀损伤故障树,建立腐蚀损伤影响因素的评判集;计算各评判因素的相对概率重要度,根据评判因素相对概率重要度的比重,建立评判因素权重集;确定飞机结构腐蚀损伤的评价集,建立从评判因素集到评价集的模糊映射;通过模糊关系的模糊变换,对服役环境引起飞机结构的腐蚀损伤进行定量评价.通过飞机铝合金结构和不锈钢结构在沿海环境条件下腐蚀损伤评判的实例分析,证明了该方法的有效性,可为飞机结构设计和维修提供依据.     

碳纤维增强复合材料冲击断裂分析

对碳纤维增强复合材料带缺口试样进行了冲击断裂的试验研究。利用冲击摆锤试验,测定了冲击力、冲击点位移以及能量转换的瞬态值。试验表明,纤维沿土45°铺层优于0°铺层,具有较好的抗冲击能力。同时采用有限元和工程梁方法对试件分层剥离过程的应力、位移场及冲击能进行了分析,并探讨了碳纤维增强复合材料的断裂机理。     

论铝合金应力腐蚀DCB试样中的残留应力

测定了不同热处理状态LC4合金DCB试样中的残留应力。测定和计算了残留应力对裂纹尖端应力强度因子的贡献K_(1R)。试验证明,当K_(1R)值高于材料的K_(1SCC)值时,无外载荷的DCB试样中的裂纹能够应力腐蚀扩展到试样末端。进行160℃时效或予变形,能够消除淬火残留应力的大部分。     

延性断裂韧度试验的可靠性分析

本文在平面应变断裂韧度K_(Ic)分布特性和延性断裂韧度J_(1c)与K_(Ic)之间函数关系的基础上,证明随机变量IgJ_(1c)基本遵循正态分布。然后应用统计学中的线性回归理论对J_(1c)试验进行了如下可靠性分析:J_(1c)母体均值的区间估计;试验所得J_(1c)值的统计涵义;具有可靠度的J_(1c)值;不同材料J_(1c)的统计对比;由J_(1c)试验所得的具有可靠度的K_(Ic)值。最后列举了一个实例。     

载荷作用下5A06铝合金焊接试样的腐蚀敏感性

针对5A06铝合金焊接对腐蚀敏感性的影响,研究了载荷作用下的不同焊缝方向（垂直、穿越）的5A06铝合金试样在50℃的3.5% NaCl溶液中的腐蚀行为的影响和焊接接头的电化学腐蚀行为。结果表明,经过110 d的盐水溶液浸泡后,2种焊缝试样均是热影响区首先发生腐蚀,表面的腐蚀坑两侧由于材料组织的不同分别呈台阶式和韧窝状。穿越焊缝试样应力腐蚀敏感性较低,腐蚀坑顶端应力集中,有滑移台阶;垂直焊缝试样应力腐蚀敏感性较高,腐蚀坑沿焊缝贯穿试样表面,腐蚀坑两侧呈平行撕裂状态。电化学极化曲线表明,热影响区、母材区和焊缝区的自腐蚀电位分别为-1.369、-0.791和-0.740 V。