马氏体时效钢的强韧化设计

马氏体时效钢是用途最为广泛的超高强度钢,其强韧化设计是研究的主要内容。在回顾超高强度钢至马氏体时效钢的强韧化发展历程和总结马氏体时效钢的强韧化元素的作用与强韧化机制的基础上,提出了一些马氏体时效钢的强韧化设计原理,并对马氏体时效钢未来的强韧化设计进行了展望。     

STRESS CORROSION OF HIGH STRENGTH STEELS IN WATER MEDIUM

本文对应力腐蚀试验的WOL型恒位移试样作了评述.并用它测量了四种高强度钢在水介质中的止裂K_(Iscc)和da/dt.对其中的30CrMnSiNi_2A钢研究了强度和组织的影响.结果表明,对同一类热处理,随强度下降K_(Iscc)提高.当强度相同时,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—140kgf/mm~2时,裂纹扩展情况发生变化,K_(Iscc)明显升高、da/dt也大幅度下降. 用不同曲率(ρ)的恒位移缺口试样测量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: K_(Iscc)(ρ)=B ρ≤ρ_0 Aρ~(1/2) ρ>ρ_0A是材料常数.对σ_b=161 kgf/mm~2的30CrMnSiNi_2A钢,A=426kgf/mm~2. 根据实验数据,运用线弹性断裂力学对30 CrMnSiNi_2A钢高强度螺栓的应力腐蚀断裂事故进行了定量分析,给出了提高螺栓安全性的具体办法.     

电场、残余应力和介质对PZT-5H铁电陶瓷压痕裂纹扩展的耦合作用

通过在硅油中加恒电场实验,研究了PZT-5H铁电陶瓷Vickers压痕裂纹的扩展行为,探讨了电场、残余应力以及介质间的耦合作用.结果表明,残余应力不足以使压痕裂纹在硅油中发生滞后扩展,只有外加恒电场E>0.2 kV/cm,电场、残余应力和介质的耦合才能使压痕裂纹在经过一个孕育期tp后发生滞后扩展.由于有效应力强度因子随裂纹扩展而下降,故压痕裂纹扩展10-30 μm后就将止裂.压痕裂纹在硅油中滞后扩展的门槛电场强度EDp=0.2 kV/cm.如外加电场大于临界电场Ep=5.25 kV/cm,电场和残余应力的耦合可使压痕裂纹瞬时扩展;保持恒电场,裂纹能继续扩展,然后止裂.如外加电场大于12.6 kV/cm,不需要残余应力协助,电致裂纹也能在光滑试样上形核、长大、连接,导致试样断裂.试样发生电致滞后断裂的门槛电场EDF=12.6 kV/cm,发生瞬时断裂的临界电场EF=19.1 kV/cm.     

氢致PZT-5H铁电陶瓷导电性变化

通过实验和第一性原理计算的方法研究了氢致PZT-5H铁电陶瓷导电性变化的规律和机理.随着充H含量的增加,PZT-5H陶瓷的电阻率逐渐降低,当陶瓷中总H的质量分数为11.2×10^-6时电阻率降至1.51×10⁹Ω.cm,介于半导体和绝缘体之间.随着H含量进一步升高,霍尔效应表明PZT-5H陶瓷变成n型半导体.第一性原理计算表明,当进入Pb(Zr_0.5-Ti_0.5)O₃晶格的H质量分数等于临界值(96×10^-6)时,[Pb(Zr_0.5Ti_0.5)O₃]₃₂H系统变成了半导体;随着H含量的升高,态密度图向低能方向平移,[Pb(Zr_0.5Ti_0.5)O₃]_nH系统变成了导体.     

MnS夹杂对钢中氢扩散行为的影响

通过实验和有限元计算研究了MnS夹杂对钢中氢扩散行为的影响.结果表明:当MnS夹杂长度取向与氢渗透方向平行时,氢在钢中的表观扩散系数随MnS含量的增加而增加;当MnS夹杂长度取向与氢渗透方向垂直时,氢在钢中的表观扩散系数随MnS含量的增加而降低.对于具有扩散通道效应和陷阱效应的第二相,它对氢扩散的影响取决于扩散通道效应和陷阱效应的强弱以及第二相的形状、数量和取向.     

加载速率对低合金钢缺口断裂行为的影响

通过对低合金钢(FCW-62)在-100℃1~500mm/min不同加载速率下缺口试样四点弯曲实验及断裂应的测量,研究了加载速率对低合金钢缺口试样断裂行为的影响.结果表明:加载速率较低时,断裂应力较高;加载速率较高时,断裂应力较低.断裂应力的变化是由断裂的临界事件随加载速率的变化引起的,并且当临界事件相同时断裂应力不随加载速率变化.当加载速率在30mm/min左右时,缺口韧性随加载速率的增加迅速下降,这是由于断裂应力在此时发生了突然改变.     

应力腐蚀机理研究

本文提出必须综合电化学、激活能,加载方式、门槛值、裂纹形核位置以及断口形貌的对比研究,压应力产生裂纹可能性以及裂纹形核和局部塑性变形关系的研究才能确定应力腐蚀机理是属于阳极溶解型还是氢致开裂型。不锈钢在热盐溶液中应力腐蚀时氢能进入并富集,且能加速应力腐蚀,但它不起控制作用,故属于阳极溶解型。氢和应力对阳极溶解有协同作用。对阳极溶解型应力腐蚀,正应力起了控制作用。     

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MgCl₂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。     

钢在H2S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H₂S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H₂S气体以及H₂S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。     

铸钢和锻钢应力腐蚀性能的对比研究

用同一炉钢的铸件和锻件对比研究了在水介质中的应力腐蚀性能,结果表明,铸钢和锻钢应力腐蚀裂纹扩展的激活能相同,均为Q=5540cal/mol。且和氢渗透测出的表观扩散激活能Q=6010cal/mol相—致。无论是阳极极化还是阴极极化均使铸钢和锻钢的da/dt升高,但阴极极化更为明显,氢渗透测量表明,无论是阳极极化还是阴极极化,随电流增大,饱和氢渗透通量明显增加;极化对da/dt和氢渗透通量影响是相似的。
实验表明,试验温度对KIscc影响极小,但铸钢的KIscc明显比锻钢要高。氢渗透测试表明,锻钢的饱和氢渗透通量约比铸钢要大一倍,这就可解释KIscc的差异,这也和断口观察相一致,尽管断口形貌明显依赖开裂时的KI值,但在KIscc附近锻钢全是沿晶断口,而铸钢则以准解理为主。