弹性应力下304L不锈钢点蚀行为的有限元模拟研究

目的 通过有限元理想化建模和模拟计算,采用四点弯曲的应力加载方式,获得了不同弹性拉应力条件下,304L不锈钢薄板上点蚀坑内最大等效应力的变化规律和点蚀坑几何形状的变化情况,以及采用轴向拉伸的应力加载方式,获得了不同弹性拉应力条件下,304L不锈钢管道上随着蚀坑形状和尺寸的变化,点蚀坑内最大等效应力的变化规律.方法 采用有限元法分别构建出具有半球体、圆锥体或圆柱体点蚀缺陷的304L不锈钢薄板和管道模型,并采用有限元仿真的方法系统研究了不同弹性拉应力对304L不锈钢薄板和管道模型上点蚀坑内的应力分布规律,以及通过模拟计算得出点蚀坑内最大等效应力的变化情况,用以分析点蚀在力学影响下的生长扩展机理.结果 随着弹性拉应力的增加,304L不锈钢薄板模型上半球体点蚀坑内的最大等效应力从68.508 MPa增至328 MPa,圆锥体点蚀坑内的最大等效应力从115.960 MPa增至554.610 MPa,圆柱体点蚀坑内的最大等效应力从97.244 MPa增至466.200 MPa.半球体、圆锥体和圆柱体点蚀坑的最大等效应力增长斜率分别为2.01、3.40、2.86.随着弹性拉应力的增加,304L不锈钢表面产生的点蚀坑逐渐从应力集中区域延伸扩展,从而发生形状改变.此外,在点蚀坑尺寸相似的情况下,304L不锈钢管道模型上半球体和圆锥体点蚀坑,在无轴向弹性拉应力作用下的最大等效应力分别为26.421、49.029 MPa,在轴向弹性拉应力作用下的最大等效应力分别为135.920、300.850 MPa.但当点蚀坑尺寸增大时,圆锥体点蚀坑的最大等效应力在无轴向弹性拉应力条件下从49.029 MPa下降到36.355 MPa,在轴向弹性拉应力作用下从135.920 MPa下降至212.140 MPa.结论 随着弹性拉应力的增加,304L不锈钢薄板模型上半球体、圆锥体和圆柱体点蚀坑内的最大等效应力逐渐增加,其中圆锥体点蚀坑内的最大等效应力最高.此外,随着弹性拉应力的增加,304L不锈钢表面产生的点蚀坑形状在应力集中的影响下逐渐从圆孔形状转变为长条形状.在不同的弹性拉应力条件下,304L不锈钢管道模型上圆锥体点蚀均比半球体点蚀的应力集中程度更大并且最大等效应力更高.但是,随着圆锥体点蚀坑尺寸的增加,点蚀坑内的最大等效应力逐渐减小.     

超声波冷锻与微弧氧化处理铝合金钻杆的耐腐蚀性能

目的 采用超声波冷锻与微弧氧化技术处理形成包裹于铝合金表面的细晶层和微弧氧化膜层用以提高铝合金钻杆的耐腐蚀性能。方法 用超声波冷锻技术（Ultrasonic Cold Forging Technology,UCFT）和微弧氧化技术（Micro Arc Oxidation,MAO）处理形成包裹于铝合金表面的细晶层和微弧氧化膜层,从而强化铝合金钻杆材料（2024）。通过模拟铝合金材料在科学超深井“高温–高压–力学–化学”的服役条件和环境,并使用失重法、电化学方法、扫描电子显微镜以及X射线衍射等测试方法,研究了细晶层和微弧氧化膜层对铝合金钻杆腐蚀行为和腐蚀规律的影响。结果 通过电化学测试结果可知,经UCFT+MAO处理的铝合金的耐腐蚀性能随着弹性拉应力的增加而逐渐下降。但在300MPa的弹性拉应力作用下,经UCFT+MAO处理的铝合金仍能维持较低的腐蚀速率(10^-2 mm/a),并且耐蚀性能仍大于未经UCFT+MAO处理的铝合金。通过失重法和扫描电子显微镜测试结果可知,在100MPa的弹性拉应力条件下,经UCFT+MAO处理的铝合金的腐蚀速率随试验温度的升高而明显上升,...     

不同应力条件下不锈钢局部腐蚀行为的研究进展

不锈钢因具有良好的耐腐蚀性能而倍受重视,在众多工业领域内被广泛使用,但在实际应用中,由于受到腐蚀环境和应力的共同作用,不可避免地会产生点蚀或裂纹,导致服役性能下降,甚至引发各类安全事故.所以,应力条件下不锈钢的腐蚀行为一直是不锈钢材料腐蚀领域的重要研究课题.总结了部分代表性的不锈钢材料在应力作用下局部腐蚀行为的研究进展,主要总结与讨论了弹性应力、塑性应力以及残余应力对不锈钢点蚀及腐蚀开裂行为的影响规律.弹性应力如何影响不锈钢点蚀与腐蚀开裂还不是特别清楚,一般认为弹性拉应力会促进点蚀的萌生,使点蚀坑内产生应力集中,促进腐蚀扩展,但也发现了较小弹性拉应力会抑制点蚀的情况,而且机理也尚不明确,并且弹性压应力到底是促进还是抑制点蚀萌生也尚未达成一致.塑性应力对不锈钢局部腐蚀的影响机理已经比较明确,塑性应力会导致位错的产生,从而促进点蚀和裂纹的生长.残余拉应力会促进不锈钢点蚀和裂纹的生长,但残余压应力却能够有效抑制不锈钢点蚀和裂纹的生长.因此,在较低至中等弹性应力下的不锈钢局部腐蚀行为及其影响机理应该加强研究,而对于塑性应力与残余应力,则应该进一步深入探讨其作用下不锈钢局部腐蚀行为的各阶段特征和断裂临期特征,以期精确进行腐蚀断裂风险的评估和解决寿命评估的难题.