主汽门阀盖螺栓断裂失效分析

某电厂在停炉检修时发现一主汽门阀盖螺栓断裂失效,采用宏观分析、化学成分分析、硬度试验、金相分析、断口以及能谱分析等方法对螺栓断裂原因进行了分析。结果表明:螺栓断裂的主要原因为螺栓显微组织粗大且不均匀,在长期高温和应力作用下,局部位置的晶界发生蠕变产生蠕变孔洞;然后在腐蚀介质的作用下,裂纹从晶界蠕变孔洞处萌生并沿晶界扩展,最终造成一次性沿晶脆性断裂。     

GH169合金显微组织对合金裂纹扩展速率的影响

对四种工艺（普通工艺、高强工艺、直接时效工艺、超细晶工艺）的Ｇ上６９合金的力学性能和６５０℃裂纹扩展速率进行了测试和对比分析。结果表明：晶粒细化和适量的颗粒状、短棒状δ相的晶界析出使合金６５０℃持久塑性明显提高，使合金６５０℃在纯蠕变和以蠕变损伤为主的疲劳－蠕变互作用条件下具有最低的理解纹扩展速率。     

X80管线钢焊接接头微观断裂行为的TEM原位观察

为了从微纳米尺度研究管线钢的断裂方式,通过透射电镜原位拉伸方法,从焊缝区和热影响区直接取样,直观测试了X80管线钢在晶粒尺度范围的裂纹生长、扩展等断裂过程和机理.研究表明:在原位拉伸过程中,晶内发射的螺型位错与刃型位错速率之比约为4∶1;晶界裂纹为不连续扩展,而裂纹在晶内沿其DFZ的方向萌生扩展,其扩展是连续的.在加载过程中,裂纹会越过晶界扩展,当裂纹越过大角度晶界时,裂纹扩展方向改变约为30°,扩展方式也会有所变化;当裂纹越过小角度晶界时,裂纹扩展方向不变,扩展方式也不变.     

IN738LC镍基高温合金高温蠕变疲劳性能研究

在对ＩＮ７３８ＬＣ合金的含保载低周疲劳试验中发现，蠕变变形的增加导致了疲劳寿命的降低，在对试样的微观检验中未见有典型晶界孔洞型蠕变损伤，而多见的碳化物及晶界的氧化，所有的裂纹都在试样表面萌生并沿着扩展，因此，在蠕变载荷下晶界氧化是一种可能的蠕变损伤，这里运用Ｄａｎｚｅｒ关系讨论了损伤的机理，并对实验结果进行了较理想的解释。     

FGH95粉末镍基合金的组织结构与蠕变断裂特征

通过对不同工艺处理FGH95合金进行组织形貌观察及持久性能测试,研究了组织结构对合金持久性能的影响规律。结果表明:经1150℃固溶和时效处理后,合金中有粗大γ′相在较宽的边界区域不连续分布,其周围存在γ′相贫化区;经1160℃固溶及时效处理后,合金中粗大γ′相完全溶解,在晶内弥散分布高体积分数的γ′相,并有粒状(Cr,Nb)23(C,B)6硼碳化合物在晶内及沿晶界不连续析出;经1165℃固溶和时效后,合金的晶粒尺寸明显长大,并有硬而脆的碳化物膜沿晶界连续析出。在650℃、1034MPa条件下,经1160℃固溶和时效合金具有较高蠕变抗力和较长持久寿命,蠕变期间的变形机制是位错以Orowan机制饶过γ′相、或位错剪切γ′相,其中晶界处不连续析出的粒状碳化物可有效阻碍位错滑移,是使合金具有较好蠕变性能的主要原因。蠕变后期,合金的变形特征是晶内发生单取向滑移,随蠕变进行位错在晶界处塞积,并引起应力集中,致使裂纹在晶界处萌生及扩展是合金的蠕变断裂机制。     

高氮奥氏体钢低温脆断中的三种断裂刻面

用扫描电镜对18Cr-18Mn-0.7N高氮奥氏体钢低温脆断中裂纹的形成、扩展及断面进行了分析.结果表明,低温脆断中,首先沿退火孪晶界及晶界形成微裂纹,微裂纹穿晶连接使裂纹扩展,其结果导致断口上形成三种断裂刻面,即光滑平面状退火孪晶界断裂刻面、光滑曲面状沿晶断裂刻面及粗糙不平的穿晶断裂刻面.     

Astroloy合金中的弯曲晶界

本文对获得弯曲晶界的热处理进行了探索,提出了一种获得大振幅和波长的弯曲晶界的热处理制度;用断裂力学分析了蠕变裂纹的台阶式扩展,其结果与弯曲品界和平直晶界Astroloy合金的试验结果吻合良好。     

固溶处理的热连轧GH4169合金的组织与蠕变特征

通过对热连轧GH4169合金进行固溶和时效处理、组织形貌观察和蠕变性能测试,研究了固溶和时效处理合金的组织结构和蠕变特征。结果表明,经固溶和时效处理合金由较大尺寸晶粒组成,并具有明显的孪晶特征,且细小γ′、γ″相在晶内弥散析出,可提高合金的蠕变抗力;在实验应力和温度范围内,测得该合金的蠕变激活能为537.8kJ/mol,且对施加应力和温度具有敏感性;在蠕变期间,热连轧GH4169合金的变形特征是位错的单双取向滑移和孪晶变形,随着蠕变进行,裂纹沿晶界萌生和扩展到发生沿晶断裂是该合金的蠕变断裂机制。     

冷却方式对热连轧GH4169合金组织与蠕变行为的影响

通过对不同方式冷却的热连轧GH4169合金进行直接时效处理、蠕变性能测试和组织形貌观察,研究了冷却方式对热连轧GH4169合金的组织结构与蠕变行为的影响。结果表明:"水冷"HCR-GH4169合金经直接时效后,其组织由细小晶粒组成,大量细小γ′,γ″相在晶内弥散析出,可提高合金蠕变抗力,而"空冷"热连轧合金晶粒尺寸较大,且在基体中析出的γ′,γ″两相的数量明显减少;在实验条件下,"水冷"热连轧合金经直接时效后具有较好的蠕变抗力和较长的蠕变寿命;热连轧及直接时效合金在蠕变期间的变形机制是位错在基体中发生单、双取向滑移和孪晶变形,在蠕变后期,裂纹在晶界处萌生和扩展,并发生沿晶断裂是合金的蠕变断裂机制。     

热挤压AZ31镁合金的组织结构与蠕变行为

通过对热挤压态AZ31镁合金进行组织形貌观察、内摩擦应力测定及蠕变性能测试,研究了热挤压AZ31合金的组织结构和蠕变行为.结果表明:热挤压AZ31镁合金的组织具有带状结构特征,并沿轧制方向分布,且有β-Mg17Al12相在合金中弥散析出.蠕变期间,位错运动的内摩擦力有较强的温度敏感性,随温度增加,内应力值明显降低,致使合金具有较高的蠕变速率.合金在蠕变期间,大量位错的形成与运动是蠕变初期的变形机制;蠕变稳态阶段,高密度位错逐渐束集形成位错胞,进一步发生蠕变期间的动态再结晶.随裂纹在晶界处萌生使蠕变进入第三阶段,而裂纹沿晶界韧性撕裂扩展是合金的蠕变断裂机制.     

纳米ZrO2与微米Al2O3复合陶瓷的断裂模式

研究了两种微米Al2O3与纳米ZrO2复合陶瓷的裂纹扩展过程与显微结构的关系.结果表明,Al2O3晶粒内部形成纳米级或亚微米级ZrO2颗粒,是复合陶瓷的断裂模式从沿晶断裂向穿晶断裂转化的主因.ZrO2含量较低有利于Al2O3晶界迁移包裹纳米ZrO2形成内晶结构;而ZrO2含量较高使主晶相长大受到抑止,不利于形成内晶结构,趋向于沿晶断裂.裂纹穿晶扩展需要的驱动力比沿晶断裂大,故裂纹扩展阻力曲线的上升趋势更加显著.裂纹穿晶扩展路径主要取决于内晶颗粒产生的弹性应力场的性质.     

一种GH4169镍基合金的组织结构与蠕变性能

通过对一种等温锻造GH4169镍基合金进行直接时效处理,蠕变性能测试及组织形貌观察,研究了该合金的组织结构与蠕变行为。结果表明,GH4169合金的组织结构由γ基体,γ′相、γ″相和δ相组成,且各相之间保持共格界面。测定出合金在660℃/700MPa条件下的蠕变寿命为123h。合金在680℃/700MPa的蠕变寿命为39h,在实验温度和应力范围内,计算出直接时效合金的蠕变激活能为588.0kJ/mol。合金在蠕变期间的变形机制是位错滑移和孪晶变形,其中,沿晶界析出的粒状碳化物,可抑制晶界滑移,是使合金具有较好蠕变抗力的主要原因。随蠕变进行,开动的滑移系中位错运动至晶界受阻,并塞积于该区域引起应力集中,当应力集中值大于晶界的结合强度时,可促使其在与应力轴垂直的晶界处发生裂纹的萌生与扩展,直至断裂,是合金在蠕变期间的断裂机制。     

含有Cu、Mo、Sn的高强度蠕墨铸铁的蠕变行为

研究了一种含有Cu、Mo、Sn的高强度蠕墨铸铁在623~823 K、40~150 MPa的蠕变行为,观察了不同形态的蠕变损伤组织并分析了蠕变变形及断裂机理。当T/T_m＞0.5(T为使用温度,T_m为蠕墨铸铁熔点)、载荷大于150 MPa时这种蠕墨铸铁的蠕变变形显著,且变形主要来自基体变形、蠕变空洞的形核长大以及石墨/基体界面的开裂。随着温度的提高和载荷的增加,蠕变变形逐渐由晶界移动转变为晶内变形。在蠕变过程中有两种开裂机制：(I)微裂纹在石墨/基体开裂处形核长大并优先沿铁素体向基体扩展,与邻近石墨/基体开裂连接而逐渐形成主裂纹;(II)晶界处的蠕变空洞形核长大转变成蠕变裂纹。氧原子通过石墨的连通性向组织内部扩散,造成上述两种裂纹表面氧化。由于,石墨、铁素体、珠光体三者性能的差异,石墨/铁素体界面比石墨/珠光体界面更易发生开裂。另外,在773 K、823 K组织中的珠光体分解明显,层片状渗碳体逐渐转变为短棒状,在晶界附近则以颗粒状为主。     

GH33A合金在蠕变-疲劳交互作用下的裂纹扩展特性

通过对 GH33A 合金在蠕变与疲劳复合加载条件下的系列试验,发现拉伸保时使蠕变与疲劳发生了交互作用,加快了疲劳裂纹扩展速率,加速裂纹早期进入失稳扩展,大大降低了疲劳寿命。GH33A 合金具有良好的抗蠕变裂纹扩展能力,但疲劳裂纹扩展阻力较低。由此讨论了拉伸保时对裂纹扩展的影响,并对在蠕变-疲劳交互作用下的裂纹扩展模型作了探讨。     

镍基高温合金蠕变-疲劳-环境交互作用研究

为了研究在高温下常见的疲劳裂纹扩展速率在低频下显著增加的现象而进行了本研究工作。对两种不同热处理状态的lnconel718合金,在空气和氦_7环境中于650℃进行了蠕变试验和0.01、0.1与1.0Hz三种频率下的疲劳试验。蠕变裂纹扩展速率在空气中比在氦中快50～100倍。在氦中的疲劳试验表明,裂纹扩展速率对频率几乎不敏感;但在空气中的试验表明,在较低频率下,裂纹扩展速率显著增加。这些结果说明,无论在蠕变试验还是在疲劳试验中,空气环境都起了主要的作用。氧扩散到晶界中好象是加速空气中裂纹扩展的原因。过时效热处理降低了裂纹扩展速率。     

超硬铝LC9合金的超塑性研究

微细晶粒超硬铝LC9合金在470～530℃温度范围内,速率为8.33×10~(-4)～1.66×10~(-2)s~(-1)条件下拉伸呈显出良好的超塑性。在最佳超塑性条件下(T=515℃,ε=1.66×10~(-3)s~(-1))获得延伸率δ=1300％、流变应力δ=1.7MN/M~2应变速率敏感性指数m=0.66 金相和电镜观察表明,在超塑流变过程中,除发生晶界滑动,扩散蠕变外,还发生明显的动态再结晶以及晶内结晶学滑移,晶内位错密度随变形量增大而增加。扩散蠕变导致在横向晶界上形成新的条带区,出现晶界迁移和无沉淀区,同时存在晶内和晶界扩散。空洞在三角晶界处萌生,沿横向晶界方向的扩展连结,导致突然断裂。     

XM—19不锈钢锻造开裂的研究

研究了ＸＭ－１９不钢锻造开裂的原因,实验结果表明,钢锭加热温度过高,从而极大地降低了晶界塑性,晶界强度低于晶内强度,造成锻造开裂。锻造时,裂纹起地晶界和表面初始缺陷处,并沿晶界扩展,向纵深发展,断口显示出典型的沿晶断裂。     

Ti单晶及多晶与孪晶相关的疲劳裂纹萌生

研究了高纯Ｔｉ单晶在ＳＥＭ中循环变形及多晶在拉－压对称疲劳和反复弯曲疲劳时与孪晶相关的疲劳裂纹萌生，发现除孪晶界外，循环孪晶带内孪晶与孪晶的碰撞、孪晶内部沿特定面以及孪晶撞击晶界也诱发了疲劳裂纹。     

变形高温合金缺口试样静蠕变和循环蠕变断口分析

本文对GH33,GH37和GH49三种变形高温合金的缺口静蠕变和缺口循环蠕变的断样断口进行了观察和分析。结果表明,GH33合金的缺口循环蠕变断口与缺口静蠕变断口相比,除存在编变空洞之外,还存在大量的滑移线和疲劳条纹,二次裂纹明显增多,沿晶界链状碳化物明显长大并连接成裂纹,而原来在缺口静蠕变下的三叉点裂纹消失。GH37合金的断口上存在大量的蠕变空洞。与缺口静蠕变相比,缺口循环的蠕变空洞明显长大,晶界氧化加剧,二次裂纹增加,但疲劳条纹明显减少。GH49合金在缺口循环蠕变时的断口,蠕变空洞和晶界氧化也远比缺口静蠕变时的严重得多,其二次裂纹也严重得多,但除在个别区域发现少量的滑移线外,未见疲劳条纹。本文还就所观察到的结果对循环加载大大降低缺口试样蠕变断裂寿命的实质进行了讨论。     

钻杆重金属污染致裂分析

试验分析了一批失效钻杆的化学成分、力学性能、金相和断口。结果表明,失效钻杆的裂纹均为沿晶裂纹,在裂纹扩展的晶界处发现含有较高的铅、锡、锑低熔点元素的白色块状物。对钻杆生产过程中的每道工序进行排查和分析后发现:在钻杆管经磁粉探伤工序时,由于磁化电流过大或接触不良而起弧造成了局部高温,使得磁化低熔点Pb-Sn-Sb电极熔化后附着在钢管上,在经过钻杆的后续摩擦焊和内涂层加热保温后,铅、锡、锑沿晶界扩散渗透到钢管基体内部,在外力作用下形成裂纹源。