高强铝合金热处理工艺优化与氢致断裂机理研究

近几十年来,国内外对高强铝合金的热处理工艺及其力学性能等进行了广泛的研究,获得令人满意的综合性能。前者强度虽高,但抗应力腐蚀性能较差;而后者则是以较大幅度地牺牲合金强度为代价来改善其应力腐蚀敏感性的。本研究选用7175铝合金,对其在140～180℃下的长期时效特征,常规力学性能,性能预测与工艺优化,应力腐蚀行为,氢对合金机械性能的影响及其微观结构的变化等进行了系统的试验研究;同时从理论上详细地研究了晶界偏析对晶界强度的影响。主要结果如下: ①首次提出将遗传、进化算法与人工神经网络相结合来研究材料工艺优化问题,为今后材料工艺优化研究探索了一条崭新的途径。②首次研究了高强铝合金在长期时效过程中的应力 腐蚀行为及氢对合金力学性能的影响,并提出了氢致高强铝合金韧脆断裂转变的新观点。为改善高强铝合金的抗SCC性能,指导热处理工艺的制定指出了新的研究方向。③首次提出了用自由电子理论研究晶偏析与晶间脆性的新方法。④首次提出了三元合金晶界偏析与沿晶断裂模型,运用该模型与准化学理论相结合系统地研究了高强铝合金的氢致断裂问题;并首次从理论上证实了Viswanadham关于Mg-H相互作用的预言。⑤深入揭示了高强铝合金的氢致断裂机理,这对今后抗氢铝合金的设计具有十分重要的理论     

超高强铝合金研究进展

超高强铝合金具有很高的强度和韧性,是航空航天领域极具应用前景的结构材料.评述了超高强铝合金的国内外发展情况,论述了铝合金的强化技术和方法,并就今后的研究开发提出了建议.     

7050高强铝合金晶界偏析和氢致应力腐蚀开裂

本文研究了7050铝合金的应力腐蚀开裂。用离子探针证实氢在裂尖区富集,通过俄歇能谱分析研究了 Zn,Mg 元素在晶界的偏析。应力腐蚀开裂包括三个过程:(1)在欠时效和峰时效的合金中,氢加速进入晶界;(2)氢和 Zn(或Mg)在位错芯部发生电荷转移产生 H-;(3)由于H-在晶界的尺寸失配导致晶界开裂。测定了应力腐蚀开裂激活能,表明氢在晶界中通过空位扩散是控制应力腐蚀开裂的主要过程。     

喷射成形7055超高强铝合金锻件开裂原因

某航空机轮用喷射成形7055超高强铝合金锻件在静压试验中提前开裂。结合锻件的热加工锻造工艺、热处理工艺和静压试验条件,采用宏观观察、电导率测试、力学性能测试、低倍组织检验、金相检验、断口及有限元模拟分析等方法,分析了锻件开裂的原因。结果表明：该锻件在静压试验中开裂的失效模式属于一次性的过载断裂;由于其定位孔较深、根部直角应力集中,在螺栓定位孔径根部萌生裂纹,尖角处机轮锻件流线对裂纹的形成与扩展有促进作用。减小定位孔深度、增加孔径根部圆弧过渡处圆角、优化热处理工艺可以有效地提升该锻件静压试验的失效强度,使其满足验收要求。     

高强铝合金半固态成形技术研究进展

利用半固态成形技术制备高性能铝合金是现代材料成形技术的重要研究方向.介绍了几种高强铝合金的新型半固态成形技术,如倒锥形通道浇注法、流变挤压成形法、原位反应液相线铸造法等,分析了半固态成形高强铝合金的组织和性能,找出了其中存在的问题,为今后的研究开发指明了方向.     

铈离子对高强铝合金应力腐蚀开裂的缓蚀作用

基于慢应变速率拉伸实验(SSRT),采用恒电流极化、电化学噪声(ECN)与电化学阻抗(EIS)等方法,研究7A04铝合金在3.5%(质量分数)NaCl水溶液中的应力腐蚀开裂(SCC)行为以及Ce~(3+)对其SCC的缓蚀作用,探讨Ce~(3+)对裂纹孕育与发展过程的抑制机理。结果表明:无论是阳极还是阴极极化,均会促进7A04的SCC倾向,前者增加了裂尖的阳极溶解,后者则加速了裂尖的氢脆效应。Ce~(3+)的加入能延缓7A04的SCC断裂时间,但其有效性仅限于裂纹的萌生阶段。由于Ce~(3+)能够抑制铝合金表面的亚稳态点蚀发育和长大,因而使裂纹的孕育时间显著延长,降低了SCC的敏感性。不过一旦裂纹进入扩展阶段或者试样表面有预裂纹,则由于Ce~(3+)很难迁移到裂纹尖端或在裂尖区难以成膜,不能对裂纹的生长起到有效抑制作用,因而无法降低7A04的SCC发展速率。SEM分析表明7A04铝合金光滑试样SCC主要源于亚稳态或稳态点蚀的诱导作用。     

管线钢中的硫化夹杂物与氢致开裂

研究了5种材料在NACE溶液和人工海水溶液中的氢致开裂（Hydrogen-induced cracking,HIC）行为，结果表明：当材料中存在硫化夹杂物时，氢致开裂敏感性增大。为了提高材料的抗氢致开裂性能，应控制其含量与形态。对于更恶劣的腐蚀环境（酸性油气），管线钢抗HIC的评价应采用NACE标准进行氢致诱导开裂试验。     

X90管线钢的抗氢致开裂性能

目前有关X90管线钢抗H2S性能的研究报道较少.为此,采用NACE TM 0284-2003方法对X90和X80管线钢进行氢致开裂(HIC)试验以对比研究其抗HIC性能,论述了氢致开裂的机理,并分析了X90管线钢的微观组织和化学成分对氢致开裂的影响.结果表明:X90管线钢的抗HIC性能较X80管线钢差,X90钢的热影响区与焊缝区的抗HIC性能比母材好;X90钢易产生Mn的偏析,且C会加剧其偏析,同时Cr的碳化物析出使氢鼓泡易在此处产生,2种因素均导致X90钢的抗HIC性能降低;适当控制微观组织比例,降低C含量,在保证提高X90管线钢强度的同时,严格控制Mn和Cr的含量,可以提高其抗HIC性能.     

低合金高强钢氢致裂纹敏感性的研究

本文采用三点弯曲试验对低合金高强钢氢致裂纹及氢致脆化的敏感性进行了研究,用脆化度I_COD=(δ_cr-δ_crH)/δ_cr作为氢致脆化的判据。高强钢三点弯曲试样的断口形态受应力强度因子K和氢量H的影响,随着K值增加和氢量减少,断口形态由I G→QC_(HE)→DR过渡。根据本研究工作的试验条件,用声发射(AE)捕捉启裂点和监视裂纹的扩展是可行的。     

超高强铝合金RRA热处理工艺的研究进展

7000系超高强铝合金是航空航天工业的主要结构材料之一,T6(峰时效)状态下该系合金强度最高但对应力腐蚀(SCC)十分敏感,RRA(回归再时效)工艺兼顾了合金的强度和抗应力腐蚀性能,适应目前航空航天工业对结构材料的要求.综述了过去30年超高强铝合金RRA热处理工艺的发展和最新研究动态,并较全面地介绍了RRA热处理对超高强铝合金组织与性能的影响.     

连铸坯偏析对钢板氢致开裂的影响

按照YB/T 4003-1997《连铸钢板坯低倍组织缺陷评级图》对连铸坯进行了宏观低倍检验,并利用OPA-100型原位分析仪对连铸坯偏析进行了定量检测,然后按照NACE 0284-2003《管道、压力容器抗氢致开裂钢性能评价的试验方法》对经热机械控制工艺(TMCP)轧制成的钢板取样进行氢致开裂(HIC)腐蚀试验。结果表明:连铸坯中心偏析是钢板发生HIC的主要原因,偏析元素主要有硫、磷、碳、锰等;通过合理的成分设计和工艺控制,实现了连铸坯偏析的良好控制,所生产的连铸坯可满足抗HIC管线钢工业生产需求。     

氢气环境下2205双相不锈钢的氢致开裂研究

为了研究氢气环境下双相不锈钢疲劳裂纹萌生和扩展的影响规律,建立氢气环境下双相不锈钢疲劳应变组织演化—氢致开裂之间的关联机制,在5 MPa氢气和5 MPa氮气2种环境中对2205双相不锈钢试样进行了慢应变速率拉伸和疲劳裂纹扩展速率试验。结果表明：在氢气环境下,2205双相不锈钢在慢应变速率拉伸过程中的氢脆敏感性不高,而在疲劳过程中氢脆现象显著,5 MPa氢气环境下2205双相不锈钢的疲劳裂纹扩展速率比氮气环境中的快18倍;氢气能够促进2205双向不锈钢疲劳裂纹尖端周围组织的局部塑性变形,并进一步导致氢致开裂。在氢气环境下2205双相不锈钢疲劳变形过程中,不同的相结构其氢致开裂机理也不同,铁素体相容易形成河流状花样断口形貌(解理断口),而奥氏体相断口形貌多呈现平行的滑移带特征,奥氏体相在铁素体相的解理开裂过程中对裂纹具有阻碍作用。     

X52管线钢抗氢致开裂试验裂纹成因分析

针对某段时期出现的X52管线钢产品经抗阶梯型破裂试验后,试样有明显阶梯裂纹,产品检验不合格的问题,对不合格批次的试样进行化学成分、炼钢工艺以及显微组织等方面的分析,分析了该抗硫化氢腐蚀X52管线钢氢致开裂的原因。结果表明:开裂批次试样的钙硫含量比值偏低,导致出现夹杂物偏聚和中心偏析,且夹杂物呈线状分布,是造成该管线钢产品抗氢致开裂试验开裂的主要原因。最后对X52管线钢的生产控制要点提出了相应建议,以提高其抗硫化氢腐蚀的能力。     

钢铁酸洗中氢致腐蚀开裂危险性的自动检测系统

以原子氢渗透速率测量传感器作为信号元件，８０Ｃ３１单片机作为中央处理单元，利用钢铁（Ａ３钢和１６Ｍｎ钢）在酸洗溶洗液中发生氢致腐蚀裂开危险性的临界条件为基本参数而编写了系统程序和专门设计了外国电路，研究并建立了钢铁在酸洗过程中发生氢致腐蚀开裂危险性的数据采集，存储处理，逻辑判断以及结果自动制表打印输出功能的微机系统。     

基于灰色理论的高强铝合金应力腐蚀开裂预测模型的建立与应用

采用3.5%NaC1溶液中预制裂纹的方法测试了2124高强铝合金的应力腐蚀裂纹扩展长度随时间的变化,获得了裂纹扩展速率随腐蚀时间的变换规律及应力腐蚀断裂韧性界限值,并对断口进行分析.根据裂纹扩展的基本规律,运用灰色理论GM(1,1)模型,依据2124铝合金应力腐蚀开裂裂纹扩展长度的原始数据进行了灰色预测,并对预测结果进...     

高强钢板制管开裂原因分析

采用宏观分析、化学成分分析、金相检验、断口分析、室温拉伸试验等方法对某卷高强钢板制管成型过程中发生开裂的原因进行了分析。结果表明:高强钢板中较多的非金属夹杂物和中心偏析引起的应力集中是导致其制管开裂的主要原因;此外,钢板宽度方向上的力学性能不均匀也促进了高强钢板的制管开裂。最后根据高强钢板开裂原因提出了改进措施。     

高强铝合金圆筒的稳定性

以高强铝合金圆筒为研究对象,研究了其在恒温恒载条件下长期承载后的尺寸稳定性和力学性能稳定性.结果表明:该高强铝合金圆筒在40℃温度下承载0.78σ0～0.92σ0约2×104h以后,其圆度有不同程度的减小,其蠕胀速率与试验载荷之间成指数关系,其环向力学性能与试验前相比,没有显著性差异.     

硬质膜层开裂致韧性基体损伤研究进展

一直以来,硬质膜层被广泛地应用于改善金属基体表面性能,保护其不受恶劣环境的影响,以达到延长其服役寿命的目的。但是,研究发现硬质膜层的开裂会导致韧性金属基体的开裂,这将严重威胁到金属承载结构件的安全。因而,有必要了解、认识其规律,并揭示损伤机制,为制定相应的解决方案提供依据。综述了膜致韧性基体开裂的来源、机理以及相应的可行解决措施。脆性膜层与韧性基体的短程交互作用以及脆性膜层的开裂所提供的快速运动的裂纹是导致韧性基体低应变下脆性开裂的关键原因。降低硬质膜层开裂的可能性或裂纹在膜层中的运动速度以及减少膜与基体之间的不匹配,有助于减缓膜致韧性基体开裂这一现象的发生。     

API X52管线钢在饱和硫化氢气田水溶液中的氢渗透与氢致开裂行为

天然气输送管道氢致开裂问题日益突出,而API X52管线钢在气田模拟水溶液中氢渗透和氢致开裂的研究较少。模拟了饱和硫化氢某气田水溶液,采用电化学和恒载荷拉伸试验方法,测定了API X52管线钢在不同充氢电流密度下的氢扩散系数、可扩散氢浓度(ω0)及管线钢氢致开裂临界可扩散氢浓度(ωHIC)。结果表明:API X52管线钢可扩散氢浓度(ω0)与充氢电流密度呈线性关系,即ω0=0.99+0.07J;其恒载荷下开裂临界可扩散氢浓度的对数值(lnωHIC)随拉应力(σ)呈线性下降,即σ=475-450lnωHIC。