热处理对特种设备用高强钢激光–电弧复合焊接头氢脆断裂行为的影响研究

目的 提高800 MPa级特种设备用低碳贝氏体高强钢激光–电弧复合焊接头的抗氢脆性能。方法 采用预充氢后慢应变速率拉伸试样的方法,定量评估焊态、焊后直接高温回火和焊后调质3种状态下800MPa级低碳贝氏体高强钢激光–电弧复合焊接头的氢脆敏感性,结合扫描电镜下的初始微观组织和断裂特征,讨论抗氢脆性能的改善机理。结果 焊后调质处理有效消除了焊接热循环形成的马氏体组织,使接头各区域的微观组织趋于一致,接头的抗氢脆性能较焊态和直接焊后高温回火态的显著提高,断裂特征也从沿晶和穿晶的混合断裂转变为穿晶解理断裂。结论 焊后调质处理可以有效提高800MPa级低碳贝氏体高强钢激光–电弧复合焊接头的抗氢脆性能。     

超高强度螺栓断裂失效分析

材质为35CrMnSiA钢的M56超高强螺栓在装配过程中,其螺帽与螺杆的R过渡处发生断裂。经检查,未装配的同批螺栓在螺帽与螺杆的R过渡处也存在微裂纹。借助化学分析、金相检验、扫描电镜和力学性能测试等手段对超高强度螺栓的显微组织、力学性能、宏观和微观断口形貌等进行了研究。结果表明,螺栓在表面处理过程中,表面富氢而产生氢致裂纹,在应力作用下,发生氢脆断裂。     

1 000 MPa级高强钢焊接件的氢脆敏感性研究

利用氢渗透试验、慢应变速率拉伸试验(SSRT)研究了1 000MPa级高强钢(HSS)焊接件在海水中的氢渗透行为及其应力腐蚀敏感性,结合SEM观察了试样的断口特征,并利用电化学试验和显微组织观察分析了焊接件不同区域的氢脆特征。结果表明:相对于焊缝区(WM)和母材区(BM),热影响区(HAZ)的自腐蚀电位最负、析氢电位最正,更容易发生腐蚀和析氢行为。热影响区的氢扩散系数最大,具有较强的吸氢倾向。动态电化学充氢对高强钢焊接件的影响主要体现在对塑性的损减方面;随着极化电位的负移,高强钢焊接件的强度没有明显变化,但断面收缩率、断后延伸率均减小,断裂方式逐渐由韧性断裂变为解理断裂;当极化电位约为-930mV(vs SCE)时,高强钢焊接件的氢脆系数达25%;在不同充氢极化电位下,焊接件试样的断裂位置多在热影响区。     

20SiMn2MoVA钢氢脆断口的分析及消除

针对20SiMn2MoVA高强钢拉伸试验中断面收缩率低的情况，利用扫描电镜和能谱仪等手段对拉伸试样断口进行了分析。试验结果表明，出现在20SiMn2MoVA高强钢拉伸试样断口表面上的圆形白亮斑点是一种氢致缺陷。它是在氢和拉伸应力共同作用下，在应变过程中形成的一种独特断裂面，也是引起钢材断面收缩率低的主要原因。通过采用低温去氢处理后，钢材的断面收缩率得到明显恢复，消除了氢脆断口。     

40Cr钢紧固螺栓断裂原因分析

某石化厂管道连接法兰用40Cr钢紧固螺栓在使用不到1a(年)后发生径向断裂。通过宏观分析、化学成分分析、光学显微镜和扫描电镜观察、硬度测试等方法对螺栓断裂原因进行了分析。结果表明:螺栓在较高应力水平下服役,在应力和氢的共同作用下发生了氢脆断裂;导致其氢脆断裂的主要原因是螺栓在酸洗磷皂化和磷化过程中引入了较多的氢。     

应力三轴度对淬火态硼钢氢脆敏感性的影响

对硼钢进行电化学充氢和低应变率拉伸,分别画出了纯剪切、单向拉伸及近似平面应变状态下淬火态硼钢充氢前后的应力-应变曲线,并基于等效塑性应变量化了硼钢的氢脆敏感性,研究了应力三轴度对淬火态硼钢的力学性能和氢脆敏感性的影响。用SEM及EBSD表征试样断口的微观组织,根据淬火态硼钢充氢前后断裂模式的变化分析了硼钢在不同应力状态下的氢脆机理。结果表明,淬火态硼钢在剪应力状态下的氢脆机理与拉伸应力状态显著不同,使其氢脆敏感性比拉伸应力状态显著降低。     

45钢电镀锌-镍合金过程中的渗氢行为及其氢脆敏感性

目前,有关锌-镍合金电镀过程中氢脆问题的研究较少。采用双电解池测氢法研究了45钢在不同温度、电流密度、pH值下电镀锌-镍合金过程中的渗氢变化规律。通过慢应变速率拉伸试验法评价镀层氢脆性能,并用扫描电子显微镜(SEM)观察断口的微观形貌。结果表明:镀液温度对渗氢电流的影响最大,镀液温度越高,镀样断裂时间越短,氢脆敏感性越强;镀样的断裂时间小于空白样,说明镀样有不同程度的氢脆敏感性;镀样的断口呈解理断裂特征,空白样呈韧性断裂特征;用渗氢电流曲线可间接评价镀样的氢脆敏感性。     

高Cl~-环境对M152和17-4PH高强钢应力腐蚀开裂行为的影响

利用中性盐雾实验、慢应变速率拉伸实验研究M152和17-4PH高强钢在高Cl~-环境中的应力腐蚀行为和机理。结果表明:M152和17-4PH钢在高Cl~-环境中均有一定的应力腐蚀开裂(SCC)敏感性,且随着前期中性盐雾时间的延长,其伸长率逐渐降低,SCC敏感性逐渐升高;通过扫描电子显微镜对试样的断口和侧边裂纹进行观察比较发现,中性盐雾时间的延长会使M152和17-4PH高强钢的断裂机制由韧性断裂向脆性断裂转变。分析得出M152和17-4PH钢在高Cl~-环境中发生SCC是阳极溶解(AD)和氢脆(HE)的协同作用,Cl~-会加速AD过程。经过不同时间中性盐雾后17-4PH钢的SCC敏感性均比M152钢要高,HE作用也越明显。高Cl~-环境中,17-4PH高强钢相对M152钢更易发生SCC。     

LC4高强铝合金的慢应变速率拉伸试验

采用慢应变速率拉伸 (SSRT)技术测试了LC4铝合金在空气和质量分数为 3.5 %的NaCl溶液中的应力腐蚀断裂 (SCC)行为 .研究了应变速率对铝合金SCC行为的影响和氢在LC4高强铝合金应力腐蚀断裂过程中的作用 .试验结果表明 ,LC4合金具有SCC敏感性 ,在潮湿空气中发生应力腐蚀断裂 ,而在干燥空气中不发生应力腐蚀断裂 .对于长横取向的LC4铝合金试样 ,在应变速率为 1.331× 10 6s 1时 ,其SCC敏感性比应变速率为 6 .6 5 5× 10 6s 1时的敏感性大 .在潮湿空气和阳极极化条件下 ,铝合金的应力腐蚀断裂机理是以阳极溶解为主 ,氢几乎不起作用 .在预渗氢或阴极极化条件下 ,氢脆起主要作用 ,预渗氢时间延长可加速LC4合金的应力腐蚀断裂 .     

汽车用先进高强钢本构模型与韧性断裂模型研究进展

轻量化是当前汽车行业全产业链共同面对的课题,提高先进高强钢使用比例是实现汽车轻量化的有效手段。对先进高强钢本构模型与韧性断裂模型的充分研究有助于提高先进高强钢开裂分析和预测的准确性,从而推动先进高强钢工程的应用进程。目前,在先进高强钢的研究过程中,学者们通常通过多种应变强化模型的线性组合,或结合微观结构与宏观力学行为进行多尺度分析来建立本构模型;通过多种应力状态下的准静态拉伸实验以及使用仿真与实验混合的方法来标定韧性断裂模型的参数。以第三代先进高强钢中的淬火配分（QP）钢为重点讨论对象,介绍了制备工艺与材料特性及其相关研究进展,并介绍了QP钢本构模型的研究现状、新近发展的非耦合韧性断裂模型以及考虑了应力三轴度和罗德角参数影响的韧性断裂模型在先进高强钢上的应用现状,最后指出了先进高强钢本构模型和韧性断裂模型未来的研究方向。     

16Mn钢在H2S溶液中的脆断敏感性

采用慢性变速率拉伸实验（ＳＳＲＴ）、扫描电镜及电化学渗氢技术研究了Ｈ２Ｓ浓度、电位对１６Ｍｎ钢在Ｈ２Ｓ溶液中脆断敏感性的影响，结果表明：１６Ｍｎ钢在Ｈ２Ｓ溶液中的断裂是一种氢脆控制的断裂，随Ｈ２Ｓ浓度（Ｎ）增大，应力腐蚀断裂的机理从韧性转变的脆性；１６Ｍｎ钢片在Ｈ２Ｓ溶液中的稳态渗氢电流值ＩＨ和Ｈ２Ｓ浓度（Ｎ）满足ＩＨ＝８．５２５×Ｎ＾０．７２４９；ＩＨ受温度的影响主要表现在氢在１６Ｎｎ钢中的扩散     

发动机缸盖螺栓断裂原因分析

某发动机缸盖螺栓在装配后发生断裂。通过宏观、微观检验以及化学成分分析、力学性能测试、氢脆试验等对断裂原因进行了分析。结果表明:缸盖螺栓发生了氢脆断裂。其原因是缸盖螺栓在表面磷化后的去氢处理不当,导致装配后缸盖螺栓在拉应力的作用下产生氢脆裂纹,并最终发生断裂。     

金属板材屈服行为与塑性失稳力学模型在微尺度下的应用

板材屈服准则与塑性失稳模型是精准描述高性能构件成形或服役过程的基础与前提。在板材塑性成形过程中,试样几何尺寸、材料晶粒大小、自由表面粗化和织构分布等都会对材料的塑性变形行为产生不可忽略的影响,导致单一尺度下的本构模型和断裂准则不能有效预测微观尺度下的材料变形行为和各种缺陷,大大限制了合金板材在航空、航天、汽车、医疗等工业上的应用。对现有屈服准则的研究进展进行了较为全面的回顾,从Hill、Hershey-Hosford和Drucker这3个系列出发,分别进行了对比分析,并总结了目前国内外用于验证屈服准则的金属板材双向拉伸实验机发展状况。基于不同的破裂失稳机理,将失稳模型分为宏观失稳准则、韧性断裂准则和耦合材料损伤演化的韧性断裂准则,并分别进行了归纳和阐述。此外,随着微成形技术的逐步推广,也对宏观塑性成形理论在微尺度下的应用进展进行了说明,指出了宏观屈服准则和失稳模型在微尺度下的不足和缺陷。最后讨论了宏观屈服准则和失稳模型今后的发展趋势以及宏观塑性成形理论在微尺度下的应用前景。     

表面处理对GC-4钢应力腐蚀开裂特性的影响

用慢应变速率拉伸方法、断裂力学方法(BL-WOL试样)和电镜研究了镀铬和镀Cd-Ti对40CrMnSiMoVA(Gc-4)钢在3．5％NaCl中应力腐蚀开裂特性的影响。结果表明：Gc-4钢的应力腐蚀开裂是由于氢脆和阳极溶解共同作用所致，从而对高强度钢的应力腐蚀开裂的纯氢脆机理作出修正。     

氢与金属的微观交互作用研究进展

许多重要的金属及其合金在冶炼、服役过程中常由于吸收氢而导致其力学性能和抗腐蚀性能的下降,这些性能下降严重威胁着金属材料在机械制造业、基础设施行业和能源行业中服役的安全。氢对金属材料的影响主要体现为氢脆和氢损伤两个方面,提高材料抗氢性能的关键及前提在于理解氢与常见材料微观缺陷的交互作用。近些年来原位透射电镜技术、定量纳米力学测试技术、原子探针技术等实验手段的快速发展极大地促进了氢脆/氢损伤微观机理的研究。简要综述了氢脆/氢损伤微观机理研究领域的研究进展,重点关注了氢对空位、位错、界面等材料微观缺陷行为的影响。     

L245无缝钢管在4MPa氢气环境下的氢脆敏感性研究

为了考察低钢级管线钢在中压氢气环境下的氢脆敏感性，采用光滑和缺口试样慢拉伸试验方法，结合宏观和微观断口表征与分析，研究了L245钢在空气和4 MPa氢气中的氢脆敏感性。结果表明：L245钢光滑试样在4 MPa氢气中慢拉伸的抗拉强度、断面收缩率和延伸率的损失率分别为5.2%、4.8%和-0.1%,而缺口试样在4 MPa氢气中慢拉伸的抗拉强度、断面收缩率和拉伸位移的损失率分别达到19.1%、45.6%、15.4%,即发生了氢脆。L245钢光滑试样在空气介质中的慢拉伸断裂方式为韧性断裂；开缺口后起裂源开始于缺口位置，然后以准解理断裂的方式向内部扩展，加速试样断裂过程，但整体仍然表现为韧性断裂。相比之下，当L245钢光滑试样在4 MPa氢气环境中时，会在颈缩位置产生裂纹源；开缺口后，从缺口位置向内部产生的准解理断裂区域显著增加，使得断裂过程急剧加快，而心部则发生了氢致韧断。开缺口后L245钢在4 MPa氢气中的断裂方式为准解理断裂与氢致韧断相结合。     

高强铝合金慢拉伸应变速率与氢脆敏感性的关系

以7085高强铝合金材料为研究对象，通过设定不同的慢拉伸应变速率，研究材料的氢致应力开裂，同时对试样断口进行扫描电子显微镜分析，初步探讨了应变速率与氢脆敏感性的关系，为高强铝合金材料氢脆敏感性评价体系的建立提供借鉴。     

40CrNiMoA钢螺栓断裂原因分析

通过宏观检验、断口分析、金相检验、硬度测试及化学成分分析等方法对40CrNiMoA钢螺栓断裂的原因进行了分析。结果表明:螺栓的断裂性质为氢脆断裂,产生原因是螺栓制造过程中残留的氢含量过高所致。     

HYDROGEN EMBRITLEMENT OF COLD DRAWN FERRITE-GRANULAR BAINITE DUAL-PHASE STEEL

本实验采用阴极电解预充氢、慢应变速率拉伸的方法,研究了_(05)Si_2铁素体-粒状贝氏体双相钢经70%冷拔形变后的氢脆敏感性及断裂行为,并与_(05)Si_2铁素体-马氏体型。70%冷拔形变双相钢进行比较。发现冷拔铁素体-粒状贝氏体型双相钢的氢脆敏感性高于冷拔相同程度的铁素体-马氏体型双相钢,但由于原来的塑性较好,在充氢条件下仍有较好的塑性。铁素体-粒状贝氏体型冷拔双相钢在预充氢条件下拉伸时,微孔或裂纹在铁素体-粒状贝氏体相界面上形核,并沿着与外力约呈45°方向优先向粒状贝氏体-侧扩展。     

3Cr13钢弹簧片断裂分析

某发射装置锁制器用3Cr13钢弹簧片在装配一段时间后发生断裂.对断裂件进行了化学成分分析、金相组织观察、硬度测试以及断口的宏、微观形貌观察.确认3Cr13钢弹簧片断裂是由于钝化处理后造成吸氢,使其产生氢脆现象;同时该断裂件硬度高于设计要求,则有加快其氢脆倾向,并在外应力作用下导致断裂.提出了建议.