THE EFFECTS OF ENVIRONMENTAL AND MECHANICAL VARIABLES ON CORROSION FATIGUE CRACK PROPAGATION RATE IN A HIGH STRENGTH STEEL——Quantitative Understanding of the Corrosion Fatigue Crack Growth Rate in a High Strength Steel

本文对4330M钢在蒸馏水中的腐蚀疲劳裂纹扩展速率进行了定量研究。测出4330M钢在蒸馏水中的(da/dt)-K曲线,并在R=0.2,0.6,0.7,0.8四种情况下测出4330M钢在氩气中和在蒸馏水中的(da/dN)-△K曲线。研究了应力比R对腐蚀疲劳的影响。 在上述实验基础上,拟制了一个BASIC计算程序,根据应力腐蚀和氩气气氛下疲劳的实验数据,用电子计算机对叠加模型和竞争模型分别算出以每周表示的应力腐蚀裂纹扩展速率(da/dN)_(SCC)。比较了两种模型的相互关系。计算结果表明4330M钢在蒸馏水中的腐蚀疲劳实验数据和Austen提出的竞争模型相符合。本文对竞争模型进行修正,提出要加上考虑交互作用的修正项。使用经修正后的竞争模型,就能解释腐蚀疲劳裂纹扩展速率定量研究方面存在的一些问题。 试验结果表明,4330M钢适用于研究腐蚀疲劳裂纹扩展的机制问题。     

40CrNiMoA钢在水介质中的腐蚀疲劳行为

本文对40CrNiMoA钢在870℃淬火200℃回火和1200℃淬火200℃回火两种热处理状态下在蒸馏水中的应力腐蚀和腐蚀疲劳裂纹扩展过程进行了研究,考察了载荷波形、载荷频率、应力比、淬火温度等因素对腐蚀疲劳裂纹扩展特征和裂纹扩展速率da/dN的影响。依据本文的实验结果,对R.P.Wei和Landes提出的用来定量描述腐蚀疲劳裂纹扩展速率的叠加模型进行了计算,得出了该模型适用于40CrNiMoA钢——水介质条件的结论。并给出了可供实际使用的公式、数据和程序。     

桥梁钢Q345焊接接头疲劳裂纹扩展速率研究

对桥梁用钢Q345焊接接头疲劳裂纹扩展性能进行了试验研究。测得对接接头的硬度分布,结果表明,焊接接头焊缝中心处的硬度值较低,在热影响区的重结晶区存在硬度最高点,而在部分重结晶区存在硬度最低点,硬度最低点为对接接头的薄弱区。通过疲劳裂纹扩展速率测试,得到其对接接头不同区域的疲劳裂纹扩展a-N曲线以及lg(da/dN)-lgΔK曲线。分析对比对接接头各区域的疲劳裂纹扩展速率lg(da/dN)-lgΔK曲线可知,在同一应力水平下,对接接头不同部位的疲劳裂纹扩展速率不同,热影响区的扩展速率较快,母材次之,焊缝金属最慢。并通过疲劳断口和焊接接头的显微组织,分析了其疲劳裂纹扩展速率不同的原因。     

不同应力比和腐蚀环境条件下X80钢疲劳裂纹扩展速率研究

在空气和不同浓度H₂S环境中对X80管线钢进行了应力比为0.1和0.3的低频腐蚀疲劳试验,以获得疲劳裂纹扩展速率da/dN与应力强度因子幅值ΔK之间的Paris表达式,研究X80钢在不同条件下的疲劳裂纹扩展速率。结果表明：腐蚀环境能加速X80钢的裂纹扩展,当H₂S浓度为100 mg/L时,含H₂S环境中裂纹扩展速率是空气中的2.9倍;随着H₂S浓度的增大,裂纹扩展速率呈指数增大;随着应力比的增大,平均应力增大,裂纹闭合效应减小,裂纹尖端完全张开,材料与腐蚀介质接触面积增大,导致裂纹扩展速率增大。     

显微组织对珠光体钢疲劳裂纹扩展速率的影响

用金相显微镜、扫描电镜(SEM)及带有切口的三点弯曲试样研究了显微组织对珠光体钢疲劳裂纹扩展速率的影响。结果表明:共析珠光体钢中的疲劳裂纹扩展速率da/dN取决于珠光体层片间距。细化珠光体层片间距可有效减缓共析珠光体钢中的疲劳裂纹扩展速率,尤其在高应力场强度因子幅值△K作用的情况下;珠光体钢的疲劳裂纹扩展速率与断裂前的△K之间的关系为:da/dN=6.94×10~(-9)(△K)~(2.919) (mm·c~(-1));显微组织中存在一定量的先共析铁素体可显著降低珠光体钢中疲劳裂纹的扩展速率。     

HT60高拉力钢在人工海水中的腐蚀疲劳裂纹扩展特性

对高拉力钢HT60的腐蚀疲劳裂纹扩展特性和门槛值区域特性,采用紧凑拉伸试件在人工海水中进行了实验和研究,结果表明:在空气中的da/dN与ΔK_(cff)关系可以作为在海水中的da/dN与ΔK关系的一个偏保守的预测;在高应力比的高ΔK区域,由于应力诱起溶解促进了裂纹扩展的加速;该裂纹开口应力强度因子K_(op)仅反映了裂纹表面同腐蚀生成物接触的结果,从而导致了K_(op)在裂纹尖端的偏大的估计结果。     

加载波形对D36钢腐蚀疲劳裂纹扩展速率的影响

对标准单边缺口三点弯曲试样分别施加三角波、正弦波、方波3种波形,得到了不同波形作用下的腐蚀疲劳裂纹扩展曲线,研究了在不同电位条件下加载波形对海水中D36钢腐蚀疲劳裂纹扩展速率(da/d N)的影响。结果表明:无阴极保护时,三角波和正弦波作用下试样的疲劳裂纹扩展速率相当,并小于方波作用下的疲劳裂纹扩展速率,且方波的加速作用体现在低应力强度因子幅度时;在阴极保护条件下,这种现象更为明显;而在阳极极化条件下,方波对试件的疲劳裂纹扩展的加速作用减弱。     

核工业用钢20MnHR疲劳裂纹的扩展速率

对核工业用钢20MnHR影响区和焊缝疲劳裂纹扩展速率（da/dN）进行了试验研究。试验采用CT试样,热影响区和焊缝的有效试样分别为15件。用七点增多项式法求（da/dN）i与（△K）i,并分别将热影响区和焊缝同一组14个试样的（△K）i和（dA/dN）i数据点合在一起进行回归分析。结果发现了疲劳方扩展速率的斜率转折点,并分别给出了以Paris公式表达的平面应变区和平面应力区da/dN与△K关系式。试验分析说明采用以平面应变性质为基础的Paris裂纹扩展速率定律应用于实际焊接结构具有一定安全性。     

考虑应力比和门槛值的海水腐蚀疲劳裂纹扩展预测模型

采用自行改造的海水腐蚀疲劳试验机,研究了3 Hz频率、不同应力比R (0.1、0.3、0.5)下,海洋工程用结构钢DH36Z35在空气和人造海水中疲劳裂纹扩展动力学行为。结果表明:相同裂纹尖端应力场强度因子幅值ΔK下,空气和海水环境中都显示疲劳裂纹扩展速率随着应力比R的增加而增加的规律,在近门槛值区间1×10-7mm/cycle≤da/d N≤1×10^-6mm/cycle该现象尤其明显;在疲劳裂纹扩展速率da/d N>1×10-6mm/cycle的中速区间,空气中和海水中疲劳裂纹扩展速率出现拐点,高于该拐点海水加速裂纹扩展,低于该拐点海水抑制裂纹扩展,且应力比R越大,拐点对应裂纹扩展速率越高。依据空气和海水中不同应力比和门槛值条件下疲劳裂纹扩展速率实验结果,提出了一种修正的Walker模型,可通过空气中疲劳裂纹扩展速率预测不同应力比下海水环境中疲劳裂纹扩展速率。     

2524铝合金不同应力比下的疲劳裂纹扩展行为

研究了不同应力比(R=0.1,0.2,0.3,0.5)对2524-T3铝合金的疲劳裂纹扩展速率的影响,并结合扫描电镜(SEM)下裂纹的断口形貌特征进行了分析。结果表明:应力比R对疲劳裂纹扩展寿命和速率存在明显影响,在恒定最大载荷条件下,应力比越小则裂纹扩展寿命越短;当应力强度因子范围△K相同时,应力比越大,裂纹扩展速率da/dN越快。利用Paris公式对数据进行回归分析,da/dN-△K曲线呈收敛趋势,进一步采用Elber模型进行拟合,从裂纹闭合的角度解释了应力比R对裂纹扩展速率的影响,结果表明该模型能够较好地描述2524-T3铝合金在不同应力比下的疲劳特性。疲劳断口呈现出早期裂纹扩展、稳定扩展和快速扩展3个阶段,不同应力比下,疲劳辉纹间距和二次裂纹数量存在明显差异。     

3.5%NaCl溶液对铝合金疲劳裂纹扩展特性的影响

对高强铝合金7050—T7451在模拟海水(3.5%NaCl溶液)的疲劳裂纹扩展特性进行了试验研究结果表明,3.5%NaCl溶液加速了7050—T7451铝合金的疲劳裂纹扩展速率da/dN.考虑应力比影响的有效应力强度因子面ΔKefT可以满意地表征不同环境中的的da/dN.裂纹面上的腐蚀产物较薄,对疲劳裂纹闭合的影响可以忽略不计.     

2124铝合金TL取向疲劳裂纹扩展门槛值

用降载法测得了2124铝合金TL取向应力比R=0.1、0.3、0.5、0.7下的疲劳裂纹扩展门槛值,用线性拟合法得到da/dN=C1△Kn1中的C1和n1值,将其带入裂纹扩展速率da/dN-△K表达式中,并按标规定取疲劳裂纹扩展速率(da/dN)=10-7 mm/cycle时的△K值为疲劳裂纹扩展门槛值△Kth,分析了应力比对裂纹扩展门槛值的影响.     

基于两步七点拟合ADB610钢焊接接头疲劳裂纹扩展

在应力比为0.1、恒幅加载载荷下,对低碳贝氏体ADB610钢手工电弧焊焊接接头母材区、热影响区和焊缝区采用CT(紧凑拉伸)试样进行疲劳裂纹扩展试验研究。采用两步七点递增多项式拟合方法计算疲劳裂纹扩展速率(da/dN),并计算应力强度因子范围(ΔK),分别将母材区、热影响区和焊缝区每个试样的(da/dN)和(ΔK)数据进行了回归拟合,得到了以Paris公式表达的ADB610钢母材区、热影响区、焊缝区(da/dN)与(ΔK)的关系式。并将这三区域中多个试样Paris公式中的参数取均值,得到三区域均值裂纹扩展速率表达式。结果表明,在裂纹扩展的初期和中期,母材区的裂纹扩展速率最快,焊缝区的裂纹扩展速率最慢;在裂纹扩展末期,三区域的裂纹扩展快慢相当。     

16Mn钢疲劳裂纹扩展速率的研究

本文根据三点弯曲试样的J积分计算式及da/dN=C_1(ΔJ)~r的实验事实,导出了三点弯曲试样用ΔJ表征的从线弹性直至全面屈服范围内疲劳裂纹亚临界扩展速率表达式其中高周疲劳近似为它和Paris关系是一致的;而高应变疲劳则为它和Coffin-Manson关系相当。16Mn钢在空气和饱和H_2S水溶液介质中的实验结果表明上述公式是正确的,饱和H_2S水溶液明显加速了疲劳裂纹的亚临界扩展。     

5％Ni淬火回火钢在3.5％NaCl溶液中的疲劳裂纹扩展行为

本文研究了5％Ni淬火回火钢在3.5％NaCl溶液中的疲劳裂纹扩展行为,分析了三种不同频率(5HZ、0.5HZ、0.1HZ)下的da/dN-△K曲线、断口形貌以及疲劳裂纹扩展形态。结果表明:5％Ni钢和其它低合金钢相比,其腐蚀疲劳敏感性较低;随着载荷循环频率的降低,da/dN增高,频率愈低,da/dN增高愈显著;该试验钢在NaCl溶液中疲劳裂纹出现显著分叉现象,频率愈低,分叉愈大,△K愈高,分叉愈甚。综合实验结果,初步认为可用氢脆机制来解释一些实验现象。     

热处理和环境对GC-4钢CF及SCC裂纹扩展的影响

本文对热处理制度、介质成分及 pH值三种影响因素对GC-4(40CrMnSiMoVA)钢的腐蚀疲劳(CF)裂纹扩展速率(da/dN)_(CF)与应力腐蚀开裂(SCC)裂纹扩展速率(da/dt)_(SCC)的影响进行了对比研究。结果表明,这些因素对(da/dN)_(CF) 和(da/dt)_(SCC)有着不同的影响规律.(da/dN)_(CF)和(da/dt)_(SCC)均随σ_s的提高而提高,但(da/dN)_(CF)提高的幅度远小于(da/dt)_(SCC)提高的幅度.蒸馏水中的(da/dt)_(SCC)略大于3.5％NaCl溶液中的(da/dt)_(SCC),但蒸馏水中的(da/dN)_(CF)却远小于3.5％NaCl溶液中的(da/dN)_(CF).在 3.5%NaClI溶液中,随pH值增加,(da/dN)_(CF)下降,(da/dt)_(SCC)却增加.本文分别从裂尖材料的循环软化与硬化、裂纹闭合及闭塞电池效应等方面对上述现象进行了解释。     

温度对TC4-DT损伤容限型钛合金疲劳裂纹扩展行为的影响

对TC4-DT损伤容限型钛合金在150℃，25℃下的疲劳裂纹扩展速率da／dN进行了测试，给出了扩展速率和应力强度因子幅值AK之间的关系曲线。用SEM对2种温度下断口形貌进行了观测，实验结果表明，150℃的疲劳裂纹扩展速率试样具有较低的疲劳裂纹扩展速率，25℃的疲劳裂纹扩展速率试样具有较低的门槛值；稳态扩展区解理断裂和条带循环机制共存，150℃的da／dN试样中的疲劳辉间距比25℃试样细；快速扩展区的断口形貌呈韧窝型静载断裂特征，150℃的da／dN试样中的韧窝比25℃试样深。     

高温疲劳裂纹扩展速率的测试方法

一、前言 60年代以来,由于断裂力学的兴起,使工程构件的设计思想发生了很大变化。从传统的无限寿命设计变为有限安全寿命设计。因而对材料的性能测试提出了新的要求。除提供常规力学性能数据外,还要提供材料的断裂韧性K_(IC)及疲劳裂纹扩展速率da/dN。因此如何可靠地测出材料的da/dN数据,已成为材料试验中的一个重要问题。测试da/dN的关键在于如何方便、迅速、准确地测出试样的裂纹长度。在室温空气中,通常采用20～30倍的读数显微镜直接测量试样的表面裂纹长度。然而在高温下,很     

腐蚀疲劳裂纹扩展的断裂模型

将修正的疲劳裂纹扩展静态断裂模型和裂尖腐蚀溶解相结合,提出了腐蚀疲劳裂纹扩展(CFCP)的腐蚀-钝化-断裂模型.根据该模型和断裂力学原理,导出了CFCP速率的定量表达式,它揭示了CFCP速率与力学条件,裂尖表面腐蚀率、加载频率、假设的裂尖材料元临界断裂应力之间的定量关系,并能说明氢脆对CFCP率的影响规律。实验结果表明,应用所提出的模型可很好地描述铝合金在35％NaCI中CFCP的一般规律。     

应力比对TC4-DT钛合金疲劳裂纹扩展速率的影响

对TC4-DT钛合金在不同应力比下的疲劳裂纹扩展行为进行了研究,绘制出疲劳裂纹扩展速率和应力强度因子幅值ΔK之间的关系曲线,用SEM对断口形貌进行了观测。实验结果表明,随着应力比增加,裂纹扩展速率增加;应力比降低,da/dN曲线向高ΔK方向移动。预裂区主要是以微区解理断裂机制为主,稳态扩展区主要是以疲劳条带扩展机制为主,同时也存在微区解理断裂机制,快速扩展区的断口形貌呈韧窝型静载断裂特征。