HOT SALT STRESS CORROSION CRACKING OF TITANIUM ALLOY Ti-6A1-4V

在实验室条件下研究了Ti-6Al-4V合金热盐应力腐蚀。实验表明在300—420℃温度范围内静态热盐应力腐蚀临界应力低于同温度的蠕变强度。实验还表明,经热盐应力暴露后试样的塑性对形变速度很敏感。用离子探针分析断口微区氢浓度的结果表明,氢在试样表面和断口处有明显的富集,因而可以认为钛合金热盐应力腐蚀的脆化是通过盐对试样的腐蚀而生成的氢所引起的。     

Ti-679合金热盐应力腐蚀行为

在350～500℃范围内研究了Ti-679合金的热盐应力腐蚀性能。实验表明合金的显微组织对热盐应力腐蚀的敏感性有很大的影响,在相同的热暴露条件下α+β相区热处理试样的临界应力比β相区热处理的要高。试验结果也表明,表面存在压应力的试样的临界应力高于无压应力者。用离子探针对断口表而进行的测定显示出在裂纹中有氢的大量富集,这表明钛合金在受热盐应力腐蚀过程中所产生的并随后被吸收的氢是开裂的主要原因。     

BT20钛合金热盐应力腐蚀开裂

研究了BT20钛合金的热盐应力腐蚀(HSSC).结果表明,在一定温度范围内(300-400℃),BT20钛合金对热盐应力腐蚀敏感.用气相色谱法测得试样平均氢含量表明,氢是引起热盐应力腐蚀的重要因素.盐在高温应力条件下与试样发生反应产生氢,氢定向扩展到裂纹处,使试样断裂,发生脆化.     

表面状态对TCⅡ钛合金热盐应力腐蚀的影响

本文测定了TC11钛合金在350—500℃范围内的热盐应力腐蚀临界应力及五种不同表面状态对热盐应力腐蚀的影响。结果表明在试验温度范围内存在热盐应力腐蚀敏感性。通过不同表面状态的对比实验,证实表面阳极氧化处理能有效地提高钛合金的热盐应力腐蚀性能。氧化膜起了减缓有害物质向金属基体扩散的作用,适当地增加膜的厚度有利于提高抗热盐应力腐蚀性能。同时从表面喷丸试样的研究中表明,表面压应力的存在也能够改善抗热盐应力腐蚀性能,在430℃以下效果较为显著,但是,随着温度的增加这种有益的影响将会逐渐消失。     

INFLUENCE OF SURFACE CONDITIONS ON HOT SALT STRESS CORROSION CRACKING OF Ti ALLOY TC11

本文测定了TC11钛合金在350—500℃范围内的热盐应力腐蚀临界应力及五种不同表面状态对热盐应力腐蚀的影响。结果表明在试验温度范围内存在热盐应力腐蚀敏感性。通过不同表面状态的对比实验,证实表面阳极氧化处理能有效地提高钛合金的热盐应力腐蚀性能。氧化膜起了减缓有害物质向金属基体扩散的作用,适当地增加膜的厚度有利于提高抗热盐应力腐蚀性能。同时从表面喷丸试样的研究中表明,表面压应力的存在也能够改善抗热盐应力腐蚀性能,在430℃以下效果较为显著,但是,随着温度的增加这种有益的影响将会逐渐消失。     

奥氏体不锈钢应力腐蚀和氢致开裂裂尖区的氢浓度分布

氢在奥氏体不锈钢应力腐蚀中的作用一直为人们所关注。许多工作表明,奥氏体不锈钢在热浓氯化物溶液中发生应力腐蚀时,氢可以进入试样,并对其力学性能和电化学性能产生影响,但尚无证据表明进入试样的氢量足以产生氢致开裂。另一些工作表明,氢致开裂临界应力场强度因子(K_(HIC))高于应力腐蚀开裂的相应值(K_(SCC));阴极极化延缓应力腐蚀,而阳极极化则加速应力腐蚀。就试样内的平均氢浓度来源,前者都明显高于后者,但在裂尖区的局部范围内,氢浓度的大小和分布,还很少有直接的证据。微区定氢大多是在断裂后测定断口上的氢分布,这种在应力松弛后测定的结果并不能反映应力腐蚀开裂时的真实情况。此外,断面粗糙不一,影响因素多,不便于比较。我们根据LT-IA型离子探针仪样品室的特点,设计了一套相应的夹具和试样,首次在带载情况下测定了321不锈钢应力腐蚀和电解充氢裂纹尖端区的氢浓度分布。     

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。     

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。     

TA15钛合金高温持久腐蚀行为研究

为深入分析热盐应力腐蚀对TA15钛合金高温性能的影响,对大规格TA15钛合金棒材进行不同的表面腐蚀处理,测试了500℃/470 MPa条件下的持久性能,并对试样表面、断口处的组织特征进行观察,分析TA15钛合金的热盐应力腐蚀机制。结果表明：在500℃/470 MPa下,TA15钛合金对热盐应力腐蚀非常敏感,导致持久寿命显著降低;在腐蚀过程中,沿着α相界(β基体)发生复杂的化学反应,形成腐蚀氧化物并向内扩散;应力作用加速了腐蚀裂纹扩展,形成沿晶断裂特征,降低了试样的持久寿命。     

STRESS CORROSION CRACKING IN HIGH STRENGTH STEEL UNDER MODE Ⅲ LOADING

研究了超高强度钢Ⅲ型缺口试样在水介质中的应力腐蚀,并与动态充氢条件作了对比。结果表明,超高强度钢Ⅲ型试样在水介质中能产生应力腐蚀,而且裂纹沿着和原缺口面成45°的平面形核和扩展,获得沿晶断口。这些都和Ⅲ型试样动态充氢时氢致开裂的情况相同。水介质中加硫脲,能使Ⅲ型和Ⅰ型的应力腐蚀门槛值明显下降,如动态充氢,则使裂纹的孕育期和门槛值进一步下降,实验也表明,无论动态充氢还是应力腐蚀,Ⅲ型试样的门槛值均比Ⅰ型要高,这可用Ⅲ型和Ⅰ型的平衡氢浓度不同来解释。     

超高强度钢Ⅲ型试样的应力腐蚀

研究了超高强度钢Ⅲ型缺口试样在水介质中的应力腐蚀,并与动态充氢条件作了对比。结果表明,超高强度钢Ⅲ型试样在水介质中能产生应力腐蚀,而且裂纹沿着和原缺口面成45°的平面形核和扩展,获得沿晶断口。这些都和Ⅲ型试样动态充氢时氢致开裂的情况相同。水介质中加硫脲,能使Ⅲ型和Ⅰ型的应力腐蚀门槛值明显下降,如动态充氢,则使裂纹的孕育期和门槛值进一步下降,实验也表明,无论动态充氢还是应力腐蚀,Ⅲ型试样的门槛值均比Ⅰ型要高,这可用Ⅲ型和Ⅰ型的平衡氢浓度不同来解释。     

不锈钢Ⅱ型试样的应力腐蚀和氢致开裂

研究了奥氏体不锈钢(1Cr18Ni9Ti)Ⅱ型试样的应力腐蚀和氢致开裂。实验表明,该试样在沸腾MgCl_2溶液中能产生应力腐蚀,裂纹形核门槛值为K_(ⅡSCC)/K_(ⅢX)=0.16。但裂纹并不在缺口面的最大剪应力处(θ=80°)形核,而是在最大正应力处(θ=-110°)形核,并指向正应力的法线方向。该试样动态充氢时能发生氢致开裂,其门槛值K_(ⅡH)/K_(ⅡX)=0.59,远比应力腐蚀的值要高,当K_Ⅱ较高时,氢致裂纹在最大剪应力处形核。当K_Ⅱ较低时,则在最大三向应力处(θ=-110°)形核。应力腐蚀是解理断口,且与K_Ⅱ无关。而氢致开裂断口则与K_Ⅱ有关,K_Ⅱ较高时是分布有二次裂纹的剪切韧窝断口,K_Ⅱ较低时则是准解理断口。     

TC11钛合金高温持久异常断裂分析

为分析TC11钛合金高温持久试样异常断裂原因,通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)观察分析高温持久异常断裂试样的断口及表面微观形貌,并用能谱仪进行微区成分分析。异常断裂试样表面发生明显氧化和多处开裂,试样断口边部存在多处深褐色氧化凹坑,断口外圆周凹坑处多发生沿晶断裂,心部为韧性断裂。试样表面裂纹区域含有Cl、Mg、Na等元素,是导致试样异常断裂的直接原因。Mg、Na、Cl等元素是由捆绑热电偶的石棉绳引入,在高温环境下试样表面发生热盐应力点腐蚀,随着高温持久试验应力的持续加载试样发生形变,点腐蚀凹坑处产生裂纹并迅速延伸导致试样异常断裂。采用镍铬丝捆绑热电偶时试样表面未发生热盐应力腐蚀,其对TC11钛合金持久性能的影响很小。     

pH值对CLAM钢扩散连接接头应力腐蚀行为的影响

通过慢应变速率拉伸试验方法,研究了在室温下不同pH值的3.5 mass%NaCl溶液对CLAM钢扩散连接接头应力腐蚀开裂行为的影响。通过光学显微镜对试样的母材和接头处的微观组织进行了观察,并利用扫描电镜对试样断口形貌进行观察与分析,判断试样在不同pH值的3.5 mass%NaCl溶液中的应力腐蚀敏感性大小。通过观察宏观断口发现:无论在酸性、碱性或中性溶液中,试样均在母材部分断裂,且均出现了不同程度的颈缩现象。SSRT结果以及断口形貌分析结果表明:在室温下,CLAM钢在酸性溶液中的应力腐蚀开裂敏感性较大,其应力腐蚀机理为氢致开裂型;在中性溶液中的应力腐蚀开裂敏感性居中,其应力腐蚀机理为阳极溶解和氢致开裂共同作用;在碱性溶液中的应力腐蚀开裂敏感性较小。     

压应力下黄铜在氨水中的应力腐蚀

用十字型缺口试样和WOL缺口试样分别在压应力和拉应力下研究了黄铜在氨水中的应力腐蚀。实验表明,无论那种试样,在压应力下均能产生应力腐蚀。拉、压应力腐蚀门槛值之比K_(SCC)(压)/K_(SCC)(拉)分别等于5.9(WOL试样)和5.5(十字型试洋)。拉应力腐蚀是穿晶断裂。压应力腐蚀断口和K_1有关,当K_1较低时是典型的沿晶断口,而当K_1较高时则是混合断口。电镜观察表明,双向压应力下位错塞积在晶界和孪晶界;在双向拉应力下则晶内位错密度高于晶界,且晶界位错不呈塞积群。     

氢促进黄铜应力腐蚀及升高脱锌层应力的一致性

黄铜在氨水中腐蚀或应力腐蚀时表面形成脱锌层，它会产生一个会加拉应力，用挠度法和和流和差值法测量了不同氢浓度试样的脱锌层所引起的附加应力，也研究了不同氢浓度试样在氨水中的应力腐蚀敏感性，慢应变速率拉伸表明，黄铜不显示氢脆，但在氨水中显示极高的应力腐蚀敏感性（ISCC），它随试样中氢浓度（C0）升高而升高，脱锌层拉应力σp也随试样中氢浓度的升高而升高，实验表明，应力腐蚀敏感性随氢浓度的变化和脱锌层拉应力随氢浓度的变化相一致。     

Ⅱ型试样的氢致开裂和应力腐蚀

用有限元法计算了Ⅱ型缺口前端的应力场和应力场强度因子KⅡ。结果表明,最大正应力和最大三向应力所在位置(θ=-110°)和最大剪应力位置(θ=80°)并不重合;最大正应力的指向和缺口延长线成α=10°。 实验表明超高强度钢Ⅱ型缺口试样能产生氢致滞后开裂,在水溶液中也能发生应力腐蚀。氢致裂纹和应力腐蚀裂纹都在最大三向应力所在位置形核,但裂纹的取向并不和该处的最大正应力垂直,而是指向该处的剪应力方向。如果没有氢,则裂纹在最大剪应力所在位置处形核,并沿最大剪应力方向扩展,即开裂角α=5°。 无论是氢致滞后开裂,还是应力腐蚀,Ⅱ型试样的规一化门槛应力强度因子均比Ⅰ型试样的相应值要高,断口形貌则和Ⅰ型试样的基本相同。     

奥氏体不锈钢应力腐蚀和氢致开裂的机理

通过金相跟踪观察、力学测量及断口分析,研究了奥氏体不锈钢氢致开裂和应力腐蚀的机理.结果表明,无论是不稳定型(321)还是稳定型(310)奥氏体不锈钢,电解充氢时先产生塑性变形,当它发展到临界状态时就导致氢致裂纹的形核.但在42%MgCl_2沸腾溶液中应力腐蚀时,裂纹的形核和滞后塑性变形无关.两种(321)輿氏体不锈钢应力腐蚀的门槛值K_(ISCC)远比严重充氢时氢致开裂的门槛值K_(IH)要低.两者的断口形貌也不同,应力腐蚀是解理断口,且和K_I无关.而氢致开裂断口和K_I有关,K_I高是韧窝,K_I低则获得准解理断口.实验表明,氢在奥氏体不锈钢应力腐蚀(沸腾MgCl_2介质)过程中并不起主要作用.     

MECHANISM OF SLOW CRACK GROWTH AND STRESS CORROSION CRACKING IN AUSTENITIC STAINLESS STEEL

通过金相跟踪观察、力学测量及断口分析,研究了奥氏体不锈钢氢致开裂和应力腐蚀的机理.结果表明,无论是不稳定型(321)还是稳定型(310)奥氏体不锈钢,电解充氢时先产生塑性变形,当它发展到临界状态时就导致氢致裂纹的形核.但在42%MgCl_2沸腾溶液中应力腐蚀时,裂纹的形核和滞后塑性变形无关.两种(321)輿氏体不锈钢应力腐蚀的门槛值K_(ISCC)远比严重充氢时氢致开裂的门槛值K_(IH)要低.两者的断口形貌也不同,应力腐蚀是解理断口,且和K_I无关.而氢致开裂断口和K_I有关,K_I高是韧窝,K_I低则获得准解理断口.实验表明,氢在奥氏体不锈钢应力腐蚀(沸腾MgCl_2介质)过程中并不起主要作用.     

CO_3~(2-)-HCO_3~-溶液中X80管线钢焊接接头的应力腐蚀开裂分析

采用慢应变速率试验(SSRT)、扫描电镜(SEM)观察研究了国产X80管线钢焊接接头在0.5mol/LNa2CO3 1mol/LNaHCO3溶液中的应力腐蚀开裂(SCC)敏感性。结果表明,拉伸试样全部断裂在焊缝或热影响区。在所研究的电位区间,拉伸试样随着外加电位正向增加,断面收缩率、断裂时间和断后伸长率增加,而断口部位的裂纹平均扩展速率减小,SCC敏感性降低。试样断口形貌在阴极电位条件下呈准解理断裂,在自腐蚀电位和阳极电位条件下,焊缝试样断口主要是韧性断裂。应力腐蚀机理可以用阳极溶解理论和氢致破裂来解释。