环境介质和力学因素对高强度钢腐蚀疲劳裂纹扩展速率的影响——高强度钢腐蚀疲劳裂纹扩展速率的定量研究

本文对4330M钢在蒸馏水中的腐蚀疲劳裂纹扩展速率进行了定量研究。测出4330M钢在蒸馏水中的(da/dt)-K曲线,并在R=0.2,0.6,0.7,0.8四种情况下测出4330M钢在氩气中和在蒸馏水中的(da/dN)-△K曲线。研究了应力比R对腐蚀疲劳的影响。在上述实验基础上,拟制了一个BASIC计算程序,根据应力腐蚀和氩气气氛下疲劳的实验数据,用电子计算机对叠加模型和竞争模型分别算出以每周表示的应力腐蚀裂纹扩展速率(da/dN)_(SCC)。比较了两种模型的相互关系。计算结果表明4330M钢在蒸馏水中的腐蚀疲劳实验数据和Austen提出的竞争模型相符合。本文对竞争模型进行修正,提出要加上考虑交互作用的修正项。使用经修正后的竞争模型,就能解释腐蚀疲劳裂纹扩展速率定量研究方面存在的一些问题。试验结果表明,4330M钢适用于研究腐蚀疲劳裂纹扩展的机制问题。     

40CrNiMoA钢在水介质中的腐蚀疲劳行为

本文对40CrNiMoA钢在870℃淬火200℃回火和1200℃淬火200℃回火两种热处理状态下在蒸馏水中的应力腐蚀和腐蚀疲劳裂纹扩展过程进行了研究,考察了载荷波形、载荷频率、应力比、淬火温度等因素对腐蚀疲劳裂纹扩展特征和裂纹扩展速率da/dN的影响。依据本文的实验结果,对R.P.Wei和Landes提出的用来定量描述腐蚀疲劳裂纹扩展速率的叠加模型进行了计算,得出了该模型适用于40CrNiMoA钢——水介质条件的结论。并给出了可供实际使用的公式、数据和程序。     

热处理和环境对GC-4钢CF及SCC裂纹扩展的影响

本文对热处理制度、介质成分及 pH值三种影响因素对GC-4(40CrMnSiMoVA)钢的腐蚀疲劳(CF)裂纹扩展速率(da/dN)_(CF)与应力腐蚀开裂(SCC)裂纹扩展速率(da/dt)_(SCC)的影响进行了对比研究。结果表明,这些因素对(da/dN)_(CF) 和(da/dt)_(SCC)有着不同的影响规律.(da/dN)_(CF)和(da/dt)_(SCC)均随σ_s的提高而提高,但(da/dN)_(CF)提高的幅度远小于(da/dt)_(SCC)提高的幅度.蒸馏水中的(da/dt)_(SCC)略大于3.5％NaCl溶液中的(da/dt)_(SCC),但蒸馏水中的(da/dN)_(CF)却远小于3.5％NaCl溶液中的(da/dN)_(CF).在 3.5%NaClI溶液中,随pH值增加,(da/dN)_(CF)下降,(da/dt)_(SCC)却增加.本文分别从裂尖材料的循环软化与硬化、裂纹闭合及闭塞电池效应等方面对上述现象进行了解释。     

2524铝合金不同应力比下的疲劳裂纹扩展行为

研究了不同应力比(R=0.1,0.2,0.3,0.5)对2524-T3铝合金的疲劳裂纹扩展速率的影响,并结合扫描电镜(SEM)下裂纹的断口形貌特征进行了分析。结果表明:应力比R对疲劳裂纹扩展寿命和速率存在明显影响,在恒定最大载荷条件下,应力比越小则裂纹扩展寿命越短;当应力强度因子范围△K相同时,应力比越大,裂纹扩展速率da/dN越快。利用Paris公式对数据进行回归分析,da/dN-△K曲线呈收敛趋势,进一步采用Elber模型进行拟合,从裂纹闭合的角度解释了应力比R对裂纹扩展速率的影响,结果表明该模型能够较好地描述2524-T3铝合金在不同应力比下的疲劳特性。疲劳断口呈现出早期裂纹扩展、稳定扩展和快速扩展3个阶段,不同应力比下,疲劳辉纹间距和二次裂纹数量存在明显差异。     

温度对TC4-DT损伤容限型钛合金疲劳裂纹扩展行为的影响

对TC4-DT损伤容限型钛合金在150℃，25℃下的疲劳裂纹扩展速率da／dN进行了测试，给出了扩展速率和应力强度因子幅值AK之间的关系曲线。用SEM对2种温度下断口形貌进行了观测，实验结果表明，150℃的疲劳裂纹扩展速率试样具有较低的疲劳裂纹扩展速率，25℃的疲劳裂纹扩展速率试样具有较低的门槛值；稳态扩展区解理断裂和条带循环机制共存，150℃的da／dN试样中的疲劳辉间距比25℃试样细；快速扩展区的断口形貌呈韧窝型静载断裂特征，150℃的da／dN试样中的韧窝比25℃试样深。     

3.5%NaCl溶液对铝合金疲劳裂纹扩展特性的影响

对高强铝合金7050—T7451在模拟海水(3.5%NaCl溶液)的疲劳裂纹扩展特性进行了试验研究结果表明,3.5%NaCl溶液加速了7050—T7451铝合金的疲劳裂纹扩展速率da/dN.考虑应力比影响的有效应力强度因子面ΔKefT可以满意地表征不同环境中的的da/dN.裂纹面上的腐蚀产物较薄,对疲劳裂纹闭合的影响可以忽略不计.     

INFLUENCE OF QUENCHING TEMPERATURE ON STRESS CORROSION IN 4330M STEEL——The Role of Impurity Segregation in Stress Corrosion Cracking of High Strength Steel

本文研究了淬火温度对4330M钢在蒸馏水中的应力腐蚀裂纹扩展速率的影响。实验表明,淬火温度从870℃上升到1100℃时,裂纹扩展速率da/dt显著下降(相差一个数量级);从1100℃上升到1200℃时,裂纹扩展速率da/dt却稍提高,在1100℃处,da/dt有一最小值。断口分析表明,随淬火温度升高,应力腐蚀的断裂方式有所改变,870,1000℃淬火的试样系沿晶断裂,而1100,1200℃淬火试样则是穿晶准解理断裂。 用饱和苦味酸溶液腐蚀显示奥氏体晶界,通过奥氏体晶界腐蚀沟槽深度估算出杂质磷在奥氏体晶界的平衡偏聚浓度,它和淬火加热温度之间的关系符合Mclean的平衡偏聚理论。磷在奥氏体晶界的偏聚是造成应力腐蚀裂纹扩展速率da/dt变化的主要原因。 采用杂质原子偏聚和氢对脆性断裂影响的理论,对各种实验现象加以解释,并认为杂质原子在晶界偏聚和氢共同作用的氢脆断口是沿晶断裂型,而单纯氢起作用的氢脆断口是穿晶准解理断裂型。     

2124铝合金TL取向疲劳裂纹扩展门槛值

用降载法测得了2124铝合金TL取向应力比R=0.1、0.3、0.5、0.7下的疲劳裂纹扩展门槛值,用线性拟合法得到da/dN=C1△Kn1中的C1和n1值,将其带入裂纹扩展速率da/dN-△K表达式中,并按标规定取疲劳裂纹扩展速率(da/dN)=10-7 mm/cycle时的△K值为疲劳裂纹扩展门槛值△Kth,分析了应力比对裂纹扩展门槛值的影响.     

HT60高拉力钢在人工海水中的腐蚀疲劳裂纹扩展特性

对高拉力钢HT60的腐蚀疲劳裂纹扩展特性和门槛值区域特性,采用紧凑拉伸试件在人工海水中进行了实验和研究,结果表明:在空气中的da/dN与ΔK_(cff)关系可以作为在海水中的da/dN与ΔK关系的一个偏保守的预测;在高应力比的高ΔK区域,由于应力诱起溶解促进了裂纹扩展的加速;该裂纹开口应力强度因子K_(op)仅反映了裂纹表面同腐蚀生成物接触的结果,从而导致了K_(op)在裂纹尖端的偏大的估计结果。     

桥梁钢Q345焊接接头疲劳裂纹扩展速率研究

对桥梁用钢Q345焊接接头疲劳裂纹扩展性能进行了试验研究。测得对接接头的硬度分布,结果表明,焊接接头焊缝中心处的硬度值较低,在热影响区的重结晶区存在硬度最高点,而在部分重结晶区存在硬度最低点,硬度最低点为对接接头的薄弱区。通过疲劳裂纹扩展速率测试,得到其对接接头不同区域的疲劳裂纹扩展a-N曲线以及lg(da/dN)-lgΔK曲线。分析对比对接接头各区域的疲劳裂纹扩展速率lg(da/dN)-lgΔK曲线可知,在同一应力水平下,对接接头不同部位的疲劳裂纹扩展速率不同,热影响区的扩展速率较快,母材次之,焊缝金属最慢。并通过疲劳断口和焊接接头的显微组织,分析了其疲劳裂纹扩展速率不同的原因。     

不同应力比和腐蚀环境条件下X80钢疲劳裂纹扩展速率研究

在空气和不同浓度H₂S环境中对X80管线钢进行了应力比为0.1和0.3的低频腐蚀疲劳试验,以获得疲劳裂纹扩展速率da/dN与应力强度因子幅值ΔK之间的Paris表达式,研究X80钢在不同条件下的疲劳裂纹扩展速率。结果表明：腐蚀环境能加速X80钢的裂纹扩展,当H₂S浓度为100 mg/L时,含H₂S环境中裂纹扩展速率是空气中的2.9倍;随着H₂S浓度的增大,裂纹扩展速率呈指数增大;随着应力比的增大,平均应力增大,裂纹闭合效应减小,裂纹尖端完全张开,材料与腐蚀介质接触面积增大,导致裂纹扩展速率增大。     

5％Ni淬火回火钢在3.5％NaCl溶液中的疲劳裂纹扩展行为

本文研究了5％Ni淬火回火钢在3.5％NaCl溶液中的疲劳裂纹扩展行为,分析了三种不同频率(5HZ、0.5HZ、0.1HZ)下的da/dN-△K曲线、断口形貌以及疲劳裂纹扩展形态。结果表明:5％Ni钢和其它低合金钢相比,其腐蚀疲劳敏感性较低;随着载荷循环频率的降低,da/dN增高,频率愈低,da/dN增高愈显著;该试验钢在NaCl溶液中疲劳裂纹出现显著分叉现象,频率愈低,分叉愈大,△K愈高,分叉愈甚。综合实验结果,初步认为可用氢脆机制来解释一些实验现象。     

显微组织对珠光体钢疲劳裂纹扩展速率的影响

用金相显微镜、扫描电镜(SEM)及带有切口的三点弯曲试样研究了显微组织对珠光体钢疲劳裂纹扩展速率的影响。结果表明:共析珠光体钢中的疲劳裂纹扩展速率da/dN取决于珠光体层片间距。细化珠光体层片间距可有效减缓共析珠光体钢中的疲劳裂纹扩展速率,尤其在高应力场强度因子幅值△K作用的情况下;珠光体钢的疲劳裂纹扩展速率与断裂前的△K之间的关系为:da/dN=6.94×10~(-9)(△K)~(2.919) (mm·c~(-1));显微组织中存在一定量的先共析铁素体可显著降低珠光体钢中疲劳裂纹的扩展速率。     

考虑应力比和门槛值的海水腐蚀疲劳裂纹扩展预测模型

采用自行改造的海水腐蚀疲劳试验机,研究了3 Hz频率、不同应力比R (0.1、0.3、0.5)下,海洋工程用结构钢DH36Z35在空气和人造海水中疲劳裂纹扩展动力学行为。结果表明:相同裂纹尖端应力场强度因子幅值ΔK下,空气和海水环境中都显示疲劳裂纹扩展速率随着应力比R的增加而增加的规律,在近门槛值区间1×10-7mm/cycle≤da/d N≤1×10^-6mm/cycle该现象尤其明显;在疲劳裂纹扩展速率da/d N>1×10-6mm/cycle的中速区间,空气中和海水中疲劳裂纹扩展速率出现拐点,高于该拐点海水加速裂纹扩展,低于该拐点海水抑制裂纹扩展,且应力比R越大,拐点对应裂纹扩展速率越高。依据空气和海水中不同应力比和门槛值条件下疲劳裂纹扩展速率实验结果,提出了一种修正的Walker模型,可通过空气中疲劳裂纹扩展速率预测不同应力比下海水环境中疲劳裂纹扩展速率。     

基于两步七点拟合ADB610钢焊接接头疲劳裂纹扩展

在应力比为0.1、恒幅加载载荷下,对低碳贝氏体ADB610钢手工电弧焊焊接接头母材区、热影响区和焊缝区采用CT(紧凑拉伸)试样进行疲劳裂纹扩展试验研究。采用两步七点递增多项式拟合方法计算疲劳裂纹扩展速率(da/dN),并计算应力强度因子范围(ΔK),分别将母材区、热影响区和焊缝区每个试样的(da/dN)和(ΔK)数据进行了回归拟合,得到了以Paris公式表达的ADB610钢母材区、热影响区、焊缝区(da/dN)与(ΔK)的关系式。并将这三区域中多个试样Paris公式中的参数取均值,得到三区域均值裂纹扩展速率表达式。结果表明,在裂纹扩展的初期和中期,母材区的裂纹扩展速率最快,焊缝区的裂纹扩展速率最慢;在裂纹扩展末期,三区域的裂纹扩展快慢相当。     

1500 MPa级贝氏体/马氏体复相高强钢的疲劳断裂特性

对一种C—Si—Mn—Cr合金钢，通过900℃奥氏体化20min，空冷及280与370℃回火2h，获得抗拉强度为1500MPa的新型无碳化物贝氏体／马氏体(B／M)复相组织高强钢．采用C—T试样进行疲劳实验，测定了疲劳裂纹扩展速率(da／dN)及疲劳门槛值(△Kth)，利用扫描电镜观测了疲劳裂纹在疲劳循环过程中的扩展路径，分析断口形貌与显微组织间的关系．结果表明，这种无碳化物B／M复相高强钢具有较高的△Kth值，并且能明显地降低da／dN，其原因在于B／M复相组织高强钢独特的精细组织结构及疲劳裂纹尖端的闭合抗力的提高．     

2205双相不锈钢在水溶液中的疲劳裂纹扩展行为

对2205双相不锈钢(DSS)在空气、去离子水和3.5%(质量分数)NaCl溶液中进行疲劳裂纹扩展实验,结果表明,水溶液环境可显著提高2205 DSS疲劳裂纹扩展速率,降低其疲劳寿命,疲劳裂纹扩展速率顺序为:(da/dN)_(deionized water)(da/dN)_(NaCl)(da/dN)_(atmosphere),疲劳裂纹扩展寿命顺序为:N_(atmosphere)N_(NaCl)N_(deionized water)。断口观察表明,氢致开裂是双相不锈钢材料在水溶液介质中疲劳性能弱化的主要原因。与去离子水相比,Cl~-具有更强的腐蚀作用,在主裂纹前端可诱发更多的缺陷并发展成二次裂纹,使有效裂纹长度更长,裂纹扩展的驱动力更小。     

淬火温度对4330M钢应力腐蚀的影响——晶界上杂质偏聚对高强度钢应力腐蚀开裂的作用

本文研究了淬火温度对4330M钢在蒸馏水中的应力腐蚀裂纹扩展速率的影响。实验表明,淬火温度从870℃上升到1100℃时,裂纹扩展速率da/dt显著下降(相差一个数量级);从1100℃上升到1200℃时,裂纹扩展速率da/dt却稍提高,在1100℃处,da/dt有一最小值。断口分析表明,随淬火温度升高,应力腐蚀的断裂方式有所改变,870,1000℃淬火的试样系沿晶断裂,而1100,1200℃淬火试样则是穿晶准解理断裂。用饱和苦味酸溶液腐蚀显示奥氏体晶界,通过奥氏体晶界腐蚀沟槽深度估算出杂质磷在奥氏体晶界的平衡偏聚浓度,它和淬火加热温度之间的关系符合Mclean的平衡偏聚理论。磷在奥氏体晶界的偏聚是造成应力腐蚀裂纹扩展速率da/dt变化的主要原因。采用杂质原子偏聚和氢对脆性断裂影响的理论,对各种实验现象加以解释,并认为杂质原子在晶界偏聚和氢共同作用的氢脆断口是沿晶断裂型,而单纯氢起作用的氢脆断口是穿晶准解理断裂型。     

显微组织对Ti-6Al-4V ELI合金疲劳裂纹扩展速率的影响

研究了Ti-6Al-4V ELI合金板材的显微组织对疲劳裂纹扩展速率的影响。用金相显微镜对不同热处理制度下该合金α和β转变组织的变化进行了观察分析。采用MTS-810低周疲劳试验机测试合金的裂纹扩展速率。通过Origin 6.0软件对数据进行处理并绘制裂纹扩展速率（△a／△N）与应力强度因子幅△K的关系曲线。结果表明：在Pairs区范围内，疲劳裂纹扩展速率对双态组织中初生α相含量的多少不敏感，而在近门槛区和快速扩展区，裂纹扩展速率对组织比较敏感；在本实验研究的条件下，细针编织状魏氏组织的da／dN〈平直状片层组织的da／dN〈双态组织的da／dN。     

铸造Ti-6Al-4V钛合金疲劳裂纹扩展特性的研究

按照GB6398-1986试验标准,采用紧凑拉伸试样(CT)测定了铸造Ti-6Al-4V钛合金疲劳裂纹扩展速率da/dN,采用扫描电镜(SEM)等现代技术对断口形貌进行观察,分析了不同应力比(R值)条件下的疲劳裂纹扩展特性。结果表明,应力比R对铸造Ti-6Al-4V钛合金的裂纹扩展速率影响较大,应力比R越大,裂纹扩展速率越大。在裂纹预裂区和快速扩展区的断裂机理主要是以微区解理断裂为主,稳态扩展区主要是以疲劳条带扩展机制为主,同时也存在微区解理断裂机制。