镍基合金应力腐蚀裂尖氧化膜力学特性分析

裂纹尖端氧化膜形成与破裂是核电站压力容器高温水环境中镍基合金材料应力腐蚀开裂(SCC)的主要过程之一。由于应力腐蚀裂纹尖端形貌和扩展方式的特殊性,本研究利用ABAQUS有限元软件的子模型技术,在微观尺度下对由裂尖氧化膜和基体金属共同构成的应力腐蚀裂尖应力应变场进行了分析。结果表明,SCC裂尖氧化膜前端沟形裂纹的存在,会造成氧化膜中应力和应变的很大变化,且随着沟形裂纹的长度增加,这种变化越加明显;另一方面,与氧化膜中应力相比,塑性应变对裂尖形貌变化更加敏感,从一个侧面说明,裂尖塑性应变是研究SCC裂尖氧化膜形成与破裂比较理想的力学参量。     

多层氧化膜应力腐蚀开裂裂尖的微观力学特性

以氧化膜破裂理论和光电化学法的研究结论为基础,利用有限元分析方法对高温水环境中316不锈钢表面多层氧化膜应力腐蚀开裂(SCC)裂纹尖端微观力学状态进行了分析。结果表明:裂纹尖端区域的高应力应变区主要集中在氧化膜的Fe_3O_4层中;多层氧化膜中不同材料层的交界处均出现应力应变的突变;多层氧化膜中Cr_2O_3层和镍富集层的高应力是促使氧化膜强度减小并发生脆断的主要原因之一。     

膜致应力对应力腐蚀裂尖力学特性的影响

氧化膜破裂理论是目前定量预测核电高温水环境中镍基合金应力腐蚀开裂速率应用最为广泛的理论模型之一,其中应力强度因子是衡量应力腐蚀开裂速率的重要参量。为进一步了解氧化膜破裂机理及裂纹扩展驱动力特性,提出了膜致应力强度因子。为了深入了解膜致应力强度因子在 EAC 裂纹扩展过程中裂尖的力学状况,在不考虑外载的情况下,从理论和数值模拟两方面分析研究了EAC 裂尖基体金属区域的应力应变分布状态,得出了膜致应力强度因子对裂尖Mises应力、等效塑性应变、拉伸应力、拉伸应变及拉伸应变梯度的影响规律,为提高定量预测高温高压水环境中镍基合金及不锈钢 EAC 扩展速率精度奠定基础,进而完善了氧化膜破裂机理。     

应力强度因子对镍基合金应力腐蚀开裂裂尖力学特性的影响

以紧凑拉伸试样为研究对象,通过加载不同大小的应力强度因子KI,用有限元方法研究了不同状态下SCC裂尖氧化膜和基体金属的应力分布规律。结果表明:裂尖区域氧化膜和基体金属对裂尖应力强度因子KI的变化敏感度不同;随着KI的增大,氧化膜破裂前和破裂后应力应变在裂尖区域的分布规律均发生了变化,该变化对裂纹扩展有一定的促进作用。     

随机因素对镍基合金应力腐蚀裂尖力学特性的影响

镍基合金的应力腐蚀开裂是核电站一回路中最重要的潜在安全隐患之一,考虑物理参数的随机性,基于氧化膜破裂理论,研究了镍基合金应力腐蚀裂尖力学特性的分散性规律。为了提高随机参数数值分析的效率,结合MATLAB和ABAQUS子模型技术的优点,完成了MATLAB对ABAQUS 的二次开发,将有限元数值模拟和拉丁超立方抽样方法相结合,获得了弹性模量、屈服强度等随机参数对应力腐蚀裂尖氧化膜和基体金属区域应力应变的影响规律,并验证了方法的可行性。结果表明,随机性的影响不容忽略,屈服应力的随机性对裂尖应力的分散性影响最大,而弹性模量的随机性对裂尖塑性应变分散性的影响最为显著。     

膜致应力促氧化膜破裂行为研究

在以滑移溶解理论为基础的裂纹扩展速率定量预测模型中,裂纹长度是裂纹扩展速率的重要影响参数之一,针对镍基合金裂尖裂纹长度的扩展规律,研究裂纹长度对镍基合金材料裂纹尖端膜致应力产生的应力应变场的影响,采用ABAQUS软件,在不考虑外载的情况下,分析膜致应力应变场随裂纹扩展长度的改变所导致裂尖力学特性的变化规律。结果表明,裂纹长度不同,裂尖膜致应力产生的应力应变分布不同,膜致应力是裂纹扩展驱动力中不可忽略的主要因素之一。     

力学因素对管线钢应力腐蚀开裂裂纹萌生的影响

研究了应力比、加载频率和外加横向载荷等力学因素对X70管线钢在新疆土壤溶液中穿晶应力腐蚀开裂裂纹萌生的影响,并结合环境扫描电镜对腐蚀样品表面进行观察.结果表明:低应力比增加了载荷的波动,促进了管线钢应力腐蚀开裂裂纹的萌生;当波动载荷作用于样品的循环周次相同时,频率越低越有利于穿晶应力腐蚀开裂(TGSCC)裂纹的萌生;当波动载荷作用于样品的时间相同时,频率越高有利于裂纹的萌生;垂直于拉-拉应力方向的外加横向载荷促进了TGSCC裂纹的萌生.     

Ta氧化膜开裂的临界应力

本工作将测量金属氧化膜内应力的单面弯曲法和检测氧化膜破裂的声发射技术相结合,建立了金属氧化膜开裂临界应力的测试装置。即从声发射信号判定氧化膜第一次开裂的时间,并由相应的氧化偏转曲线求得氧化膜开裂临界立力。纯 Ta 试样的测量结果表明,在500℃、550℃、600℃1atm O_2中,Ta 氧化膜开裂的临界应力分别为:23.3、38.5、18.4×10~6kgf/m~2。不论Ta 遵循直线型还是抛物线型氧化规律,只要时间足够长,恒温氧化中膜都会破裂;且破裂的临界应力和膜的疏密程度及开裂方式有关。     

应力强度因子对高温水环境中镍基合金裂尖电化学腐蚀电位的影响（英文）

在高温水环境中,应力会提高镍基合金裂纹尖端的阳极溶解速率并加速裂纹扩展。采用弹塑性有限元方法,对高温水环境中镍基合金裂纹尖端应力和电化学腐蚀的关系进行研究。分析了应力强度因子对模拟高温水环境中600合金1T-CT试样裂纹尖端表面电化学腐蚀电位的影响,并讨论了弹性变形和塑性变形对裂纹尖端电化学腐蚀电位变化的影响。     

力学因素对Welten60管线钢应力腐蚀开裂行为的影响

采用慢应变速率实验,低频小振幅加载实验,研究了力学因素的变化对Welten 60钢在80℃的0.5mol/L Na_2CO_3和1mol/L NaHCO_3溶液介质中的应力腐蚀开裂(SCC)行为的影响。实验结果表明:Welten 60钢在该溶液中为沿晶型的SCC;用小锥度拉伸试样获得的应力腐蚀开裂门槛值σ_(th)与应变速率ε和加载频率f有关,σ_(th)随ε和f的减小而降低;用板状单边缺口试样测得的SCC裂纹扩展速率(平台期)da/dt约为3.5×10~(-6)mm/s,应力腐蚀开裂临界应力强度因子K_(ISCC)约为32MPam~(1/2)。     

钝化膜应力导致不锈钢应力腐蚀

用恒位移载台，在透射电镜（TEM）中原位观察应力前后裂前方位错组态的变化以及微裂纹的形核和扩展，结果有明，310不锈钢在沸腾的25％MgCl2水溶液中应力腐蚀时腐蚀过程能促进位错发射，增殖和运动，当腐蚀促进的位错发射和运动达到临界状态时，应力腐蚀裂纹形核和扩展，测量表明，304不锈钢在沸腾MgCl2中自然腐蚀时表面钝化膜会产生一个附加拉应力，它可能是腐蚀促进位错发射和运动的原因。     

氧化膜应力研究进展

综述了氧化膜应力产生与释放机理,重点介绍了氧化膜应力原位测试技术的新进展及稀土绎氧化膜和的影响,探讨了氧化膜应力研究的发展方向。     

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。     

氢对黄铜应力腐蚀开裂敏感性的影响

氢对黄铜应力腐蚀开裂敏感性的影响乔利杰，徐荣杰，刘辉，褚武扬，肖纪美（北京科技大学北京１１０８３）１引言对氢致开裂型的应力腐蚀，阴极反应进入金属的氢控制了应力腐蚀裂纹的形核和扩展过程；对阳极溶解型的应力腐蚀，虽然阳极溶解过程控制了应力腐蚀的形核和扩展...     

核电结构材料应力腐蚀开裂初始阶段裂尖驱动力的研究

裂尖力学状态是影响核电结构材料应力腐蚀开裂(SCC)扩展速率的主要因素之一。为了搞清SCC不同扩展阶段裂尖驱动力的变化及其对SCC扩展速率的影响,本文建立了SCC扩展不同阶段的有限元模型,详细分析了裂纹初始阶段影响裂尖应力状态的工作载荷、残余应力,以及氧化膜形成过程中产生的膜致应力。结果表明,在SCC裂纹初始阶段,裂尖氧化膜形成所产生的“锲入张力”是SCC的主要驱动力;随着裂纹的扩展,工作载荷和残余应力逐渐成为SCC裂纹扩展的主要驱动力。     

对单面氧化弯曲法计算氧化膜应力公式的修正

<正> 一、引言 早在二十年代,人们就发现伴随金属表面氧化膜的形成,膜内同时产生应力。氧化膜应力对膜的抗剥落性能的影响是近年来高温氧化领域一个引人注目的研究课题。目前,对于氧化膜应力可以进行定量测量,测量方法主要有单面氧化弯曲法和X-光衍射法。其中因单面氧化弯曲法较简单并能进行原位连续测试而应用较为广泛。并且,用此法还能测量由电镀、离子镀和气相沉积等技术制备的表面涂层的内应力。 但是,单面氧化弯曲法也存在某些不足之处。条状试样须单面镀保护膜,受此影响,初始氧化膜生长应力的测量误差就可能较大。特别是,单面氧化弯曲法是采用stoney公式进行应     

核级不锈钢大尺寸应力腐蚀裂纹的制备技术研究

采用316L奥氏体不锈钢小尺寸试样进行预研制,初步确定了预制大尺寸试样应力腐蚀裂纹的参数.结果 表明:3.5％(质量分数)NaCl溶液,-1.2 V(相对于SCE)外加电位,降低应变速率,并延长极化作用时间有利于应力腐蚀的发生,且降低断后伸长率.在此基础上,100 kN保载24 d后,以0.5×10-6 s-1应变速率...