SPV490Q钢焊接接头在不同浓度硫化氢溶液中的应力腐蚀开裂行为

对SPV490Q钢焊接接头的楔形张开加载(WOL)预裂纹试样在不同浓度硫化氢溶液中进行了应力腐蚀试验,测定了焊缝的应力腐蚀临界应力强度因子KISCC和应力腐蚀裂纹扩展速率da/dt。结果表明:随着H2S浓度的升高,SPV490Q钢焊缝的应力腐蚀临界应力强度因子KISCC下降,应力腐蚀裂纹扩展速率da/dt增大,焊接接头的应力腐蚀抗力降低。     

GH3535合金的蠕变裂纹扩展性能研究

在650℃下,对GH3535合金的蠕变裂纹扩展行为进行研究,得到了蠕变裂纹起裂时间ti、蠕变裂纹扩展速率da/dt和有效应力强度因子K_n、断裂参量C~*的关系曲线,以及蠕变断裂韧性K_(mat)~c和蠕变裂纹起裂时间ti的关系,并与NSW裂纹扩展模型、Ainsworth蠕变断裂韧性预测结果进行比较,分析GH3535合金的容限能力。结果表明,蠕变裂纹扩展速率适合采用断裂参量C~*进行关联,NSW模型平面应力预测结果与试验相近,平面应力预测结果偏于保守。采用K_n更适合关联蠕变裂纹起裂时间t_i,在双对数坐标下K_n与t_i呈线性关系。蠕变断裂韧性K_(mat)~c随时间ti增加而降低,Ainsworth估算方法略高于测试结果。从有效应力强度因子和蠕变强度的Ashby图中可以看出,GH3535合金具有较好的容限能力。     

GC—4超高强度钢应力腐蚀裂纹扩展特性

采用BL-WOL楔力加载平面应变断裂试样,研究了GC-4(40 CrMnSiMoVA) 超高强度钢在3.5％NaCl溶液和蒸馏水中的应力腐蚀裂纹扩展特性,测定了不同试验条件下的应力腐蚀开裂门槛值K_(ISCC)和裂纹扩展速度(da/dt)_(II)。结果表明,在环境介质中的应力强度因子门槛值K_(ISCC)仅及该钢断裂韧性K_(IC)的1/5～1/4。介质成份、电极电位、环境温度及热处理规范等都对裂纹扩展速度(da/dt)_(II) 有显著影响。分析表明,氢脆是导致GC-4.钢应力腐蚀开裂的重要原因之一。     

TLVW1114Ti钢疲劳特性研究

对TLVW1114Ti材料进行了疲劳试验,得到了应力 寿命曲线,当σ>σ0.1=402MPa时,N=4.102×1044σ-14.501;得到了应变疲劳特性Δσ/2=1006(2Nf)-0.0998,Δεp/2=1.1758(2Nf)-0.7487,Δσ/2=977.7(Δεp/2)0.1321;当da/dN≥5×10-5mm/周,其裂纹扩展速率为da/dN=2.2364×10-9(ΔK)3.1541,当da/dN<5×10-5mm/周,da/dN=1.54147×10-14(ΔK)8.644。     

34CrMo4钢在湿H2S环境下的应力腐蚀试验研究

以车载压缩天然气气瓶用钢34CrMo4为材料,试样为紧凑拉伸(CT)试样,采用多功能动态应力腐蚀试验机进行恒位移速率拉伸试验,实测了在20,63,200,630和2000 ppm的硫化氢水溶液中的应力腐蚀临界应力强度因子KISCC和裂纹扩展速率da/dt。结果表明,应力腐蚀临界应力强度因子KISCC随硫化氢浓度的增大而减小,但当硫化氢浓度达到一定量时,溶液的浓度对KISCC值的影响并不大;裂纹扩展速率da/dt随硫化氢浓度的增大而增大,但在630～2000 ppm范围内,硫化氢浓度对裂纹扩展速率影响很小。     

关于疲劳裂纹扩展定量预测的研究

随着断裂力学在金属疲劳中的应用,疲劳裂纹扩展日益受到重视。疲劳裂纹扩展涉及由弹性、塑性变形、加工硬化、循环塑性损伤集累到断裂整个过程综合性作用。本文根据循环塑性损伤和循环伸张断裂区的概念提出一个裂纹扩展模型。用具有同样循环应变的光滑试样模拟裂纹尖端的循环塑性损伤,根据Coffin—Manson关系作断裂判据,裂纹微观不连续断裂是裂纹尖端局域循环塑性损伤的结果。用宏观统计处理得出中等⊿K范围稳态裂纹扩展速率。 da/dN=0.28/(1 n)σ_~2·[2/Eε_f′(πρ)~(1/1)~*]~(-1/c)·(1-R)(-1/c)-2·⊿K_1~(2-)(1/c)或da/aN=0.28/(1 n)σ_~2·[σ_(1 ν)/E】~(1 n·)[2~(-c)/K_(1c)]~(-1/c)·(1-R)~((-1/c)-2)·⊿K_1~(2-)(1/c) 以所提模型预测的疲劳裂纹扩展速率与中、低强度钢、铝合金和钛合金的实测值相当一致,并解释一些实验规律,因此所提的模型及裂纹扩展预测是合理的。     

X60螺旋焊管的应力腐蚀开裂试验研究

通过改进的WOL预裂纹试样应力腐蚀试验，得到了在500，1000ppm的硫化氢水溶液中，X60螺旋焊管的应力腐蚀裂纹扩展速率da／dt，结果表明，随硫化氢水溶液浓度的增加，X60螺旋缝埋弧焊管应力腐蚀裂纹扩展速率增加，焊管抗应力腐蚀的寿命越短。     

34CrNi3Mo钢汽轮机叶轮的断裂分析

本文分析了叶轮裂纹产生的原因,认为与应力腐蚀有关。用大型CT试样测定了叶轮材料室温下的断裂韧度,并用小型三点弯曲试样测定了室温下和工作温度下的J (lc)。初步测定了应力腐蚀裂纹扩展速度da/dt。引用应力场叠加原理近似地估算了叶轮裂轮纹尖端的应力强度因子,从而算出了临介裂纹长度和剩余使用寿命。     

大模数淬火齿条表面裂纹扩展规律及寿命预测研究

针对大模数齿条的疲劳寿命难以精确计算问题,对大模数表面淬火齿条的裂纹扩展规律进行了研究。建立了含共线初始双裂纹的齿条FRANC3D模型,齿条啮合区离散为15个区域载荷;分析了表面感应淬火齿条硬度分布、残余压应力分布对疲劳裂纹扩展寿命的影响,推导了齿条的断裂韧度K_(IC)与应力强度因子门槛值ΔK_(th);运用FRANC3D软件,对双共线初始裂纹在三种水平间距下的裂纹扩展、联通、继续扩展过程进行了仿真,得出了应力强度因子幅值ΔK随裂纹深度a扩展的表达式;根据裂纹扩展速率da/dN与ΔK、K_(IC)、ΔK_(th)的关系,预测了三峡升船机齿条的寿命N。研究结果表明:齿条满足疲劳寿命要求,但表面感应淬火降低了齿条的疲劳寿命;硬度分布对于裂纹扩展的促进作用大于残余压应力的抑制作用。     

2E12铝合金的疲劳性能与裂纹扩展行为

研究了2E12合金在不同应力水平下的疲劳性能及疲劳裂纹扩展速率,采用透射电镜和扫描电镜观察了该合金的微观组织和断口形貌特征.结果表明:高纯2E12合金具有良好的耐损伤疲劳性能,当应力比R=0.1时,疲劳强度σ=172 MPa,R=0.5时的疲劳强度σ=280 MPa,比R=0.1时提高了60%,缺口的存在降低了疲劳强度.R=0.1,△K=30 Mpa·m1/2时,da/dN约为2.7×10-3 mm/周,比国产2024合金裂纹扩展速率(6.5×10-3 mm/周)低60%左右.2E12合金疲劳断口由裂纹源区、裂纹扩展区及瞬断区三部分组成,裂纹萌生一般位于试样表面应力集中处或不同类型的缺陷部位.     

喷丸对水轮机转轮腐蚀疲劳裂纹扩展速率[da/dN]cF影响的研究

本文以水轮机转轮常用材料 ZG20SiMn 为对象,采用标准紧凑拉伸试样,研究喷丸与未喷丸试样的腐蚀疲劳裂纹扩展规律。结果表明,喷丸处理对腐蚀疲劳裂纹的应力循环初期,可显著降低[da/dN]_(cF),但随应力循环次数增加,残余应力逐渐消失,至一定程度对[da/dN]_(cF)无多大影响。分析了应力循环初期喷丸提高[da/dN]_(cF)抗力的原因。     

37CrNi3MoVE钢不同加载速率下应力腐蚀行为的试验研究

利用紧凑拉伸(CT)试样对水下高压气瓶用钢37CrNi3MoVE材料在模拟海水环境中进行了应力腐蚀试验研究,采用恒位移速率控制,试样为平面应力试样,获得了不同位移速率下载荷一位移曲线和裂纹扩展速率与应力强度因子关系曲线.结果表明,载荷与裂纹扩展速率增长趋势与加载速率密切相关,位移速率为5.0×10-5 mm/s比1.0×10-5 mm/s时裂纹扩展前期的最大载荷高12.73％,裂纹扩展约2 mm后,相同裂纹长度下能承受的载荷基本一致;该材料在海水环境中,平面应力状态下,裂纹起始扩展应力强度因子约110 MPa√m.位移速率为1.0×10-5 mm/s和3.0×10-5mm/s时测得的裂纹扩展速率da/ dt分别出现2.9×10-5 mm/s和8.2×10-5 mm/s的稳定扩展阶段,但位移速率为5.0×10-5 mm/s时,da/dt与KI的关系曲线没有明显稳定扩展阶段.位移速率低者比位移速率高的应力腐蚀明显.     

高温构件蠕变损伤与裂纹扩展预测研究新进展

精准的寿命预测是高温构件设计制造与运行维护的关键,但多轴应力和裂纹等缺陷的存在使得寿命预测的难度大大增加。综述了笔者近年来在高温蠕变损伤模型和蠕变裂纹扩展仿真方面的研究工作,主要包括:讨论了应力水平和应力状态对蠕变断裂应变的影响规律;基于幂律蠕变控制孔洞长大理论,提出了新的多轴蠕变延性模型;采用基于应变的损伤力学模型,预测了多种含缺陷结构中蠕变裂纹的扩展行为,并分析了蠕变条件下多个表面裂纹干涉、扩展及合并的全过程;发展了基于晶界孔洞化损伤机制的裂纹扩展分析方法,实现了蠕变疲劳裂纹扩展仿真和蠕变疲劳氧化裂纹扩展仿真。这些工作为建立考虑多轴应力影响的含缺陷高温构件寿命预测方法提供了有力支持。     

18Cr2Ni4WA钢的组织与疲劳裂纹扩展特性

本文测试了18Cr2Ni4WA钢三种典型组织——粒状贝氏体,粒贝的高温回火组织和马氏体的高温回火组织的疲劳裂纹扩展速率(da/dN毫米/周次)及门槛值(△K_(th)公斤·力毫米~(3/2)),分析了断口形貌及裂纹扩展路径,研究了三种组织的疲劳裂纹扩展特性,着重讨论了不同结构、大小、数量和分布的弟二相对疲劳断裂行为的影响。结果表明:组织类型对da/dN有一定的影响,尤其是对疲劳裂纹扩展门槛值△K_(th)影响较大。粒贝具有较好的裂纹扩展抗力;粒贝的高温回火组织次之:马氏体的高温回火组织最差。粒贝中的(M-A)组织强烈阻碍裂纹扩展;马氏体高温回火组织中分布于晶内的细小碳化物阻碍裂纹扩展不明显,分布于晶界的片状碳化物促进沿晶断裂-——这是导致三种组织的疲劳裂纹扩展特性不同的重要原因。     

Q235材料的Paris常数C、m及△Kth值测试

以大型机械结构最常用的Q235板材(等同于ASTM A36)为研究对象,在实验室条件下测取裂纹扩展速率的Paris常数C、m,并验证与轧制方向垂直的裂纹受平行于轧制方向应力作用时最易扩展的结论.同时以应力比R=0.1加载试验数据外延计算获得其门槛值△Kth(da/d/N=0.5×10-6mm/cycle时).     

根据钢的拉伸性能估算疲劳裂纹扩展寿命

本文根据疲劳裂纹扩展研究的新进展,提出了一个新的疲劳裂纹扩展模型。据此,导出一个新的疲劳裂纹扩展表达式da/dN=B(△K-△K_(1h))~3,系数B是材料常数,可根据拉伸性能估算,从而揭示了da/dN与拉伸性能间的关系,为根据拉伸性能和△K_(th)之值估算钢的疲劳裂纹扩展寿命提供了可能。最后,本文给出了根据拉伸性能估算钢的疲劳裂纹扩展寿命的几个实例,从而检验了新公式的有效性。     

PE100管材慢速裂纹扩展行为研究

从PE100管材中直接制取环切圆棒试件(Cracked Round Bar,CRB),根据ISO 18489在不同应力比R=0. 1,0. 2和0. 3下进行疲劳裂纹扩展试验并得到裂纹扩展规律。采用外推法将试验结果外推得到R=1(即表示蠕变)时的裂纹扩展规律。对含有内部环向半椭圆表面裂纹缺陷的PE管材进行剩余寿命计算,得到了在50年服役寿命下的最大允许裂纹尺寸和相应的应力强度因子值。     

组织特征对粉末高温合金FGH96疲劳裂纹扩展速率的影响

通过对不同热处理后获得3种典型显微组织的粉末高温合金FGH96合金试样在650 进行保载90 s和5 s并恒载荷循环应力作用下的疲劳试验,研究组织特征对疲劳裂纹扩展速率的影响规律,确定不同载荷条件下孕育期、萌生期、扩展期及瞬断期所占的比率。结果表明,γ相特征显著影响疲劳裂纹扩展速率;疲劳行为对保载时间存在敏感性,随保载时间的延长,在疲劳-蠕变的交互作用下会明显加快合金疲劳裂纹扩展;在整个疲劳破坏过程中,萌生比率均高于扩展比率,说明该合金抗裂纹萌生的能力要高于抗裂纹扩展的能力;此外,该合金疲劳裂纹扩展四个阶段在整个断裂周次所占的比率分配上,孕育期比率一般较小,萌生期和扩展期比率较大,瞬断期的比率很小,表明该合金裂纹扩展一旦失稳将高速扩展并迅速断裂。     

Q235材料的Paris常数C，m及ΔKth值测试

以大型机械结构最常用的Q235板材(等同于ASTM A36)为研究对象,在实验室条件下测取裂纹扩展速率的Paris常数C、m,并验证与轧制方向垂直的裂纹受平行于轧制方向应力作用时最易扩展的结论.同时以应力比R=0.1加载试验数据外延计算获得其门槛值△Kth(da/d/N=0.5×10-6mm/cycle时).     

ZG20MnSi钢断裂韧度和疲劳裂纹扩展速率试验研究

研究了ZG20MnSi钢及其焊接热影响区的断裂韧度和疲劳裂纹扩展速率。ZG20MnSi钢在常温下有较高的断裂韧度,δi达0.158mm,在0℃时δi为0.145mm。焊接热影响区的断裂韧度降低,但常温下δi也达0.146mm,在0℃时δi为0.139mm。ZG20MnSi钢在空气中的疲劳裂纹扩展速率方程为dn/dN=5.2857×10-12(△K)4.1;在滴水环境中的疲劳裂纹扩展速率方程为da/dN=3.7515×10-13(△K)4.9。