金属的应力腐蚀试验方法及电化学行为的研究

一、前言评定金属材料应力腐蚀敏感性的常规试验方法,按其加载的方式可分为恒载荷及恒变形两种。这两种试验方法目前已在国内普遍采用。外加电位下的应力腐蚀试验国外已研究多年,如碳钢在硝酸盐、氢氧化钠溶液中,不锈钢在氯化镁溶液中都在恒电位控制下进行了应力腐蚀试验,并测定了它们发生应力腐蚀开裂的电位区间及临界电位。快慢速动电位扫描方法由Parkings提出,他认为:只有当金属裂纹尖端的溶解速度比其它暴露面的任何溶解大得多时才能形成应力腐蚀裂纹,因此要求金     

0Cr18Ni9不锈钢在不同沸点MgCl_2溶液中的应力腐蚀开裂问题

本工作用慢应变速率应力腐蚀试验技术研究了0Crl8Ni9不锈钢在不同沸点MgCl_2溶液中的应力腐蚀开裂行为,并与不同条件的恒负荷试验结果进行了比较,在材料一介质系统的应力腐蚀开裂敏感性较低时,慢应变速率应力腐蚀试验方法有灵敏度高、试验时间短、试验结果确切的优点,而且应变速率在一定程度上反映了材料一介质系统的应力腐蚀开裂敏感性。恒负荷及慢应变速率应力腐蚀试验期间腐蚀电位的测量表明,电位先朝正方向,然后朝负方向移动显示了一种膜生成及膜破裂的过程。     

恒应变速度应力腐蚀试验综述

恒应变速度应力腐蚀试验是国外近十多年来研究越来越活跃、使用越来越广泛的应力腐蚀试验方法,被认为是控制了应力腐蚀开裂过程的本质性参数的唯一快速试验方法,比经典的恒变形、恒应力试验具有许多重要的特点和优点。本文对国外恒应变速度应力腐蚀试验的设备、操作,指标、机构、特点等进行了介绍与分析。图9,表4,参考文献41。     

H2S应力腐蚀对16MnR钢冲击韧性的影响研究

为了研究应力腐蚀损伤程度的描述方法，通过分析16MnR试样在饱和H2S溶液中不同程度的硫化氢应力腐蚀损伤的冲击韧性，采用NACE标准弯曲粱试验法，揭示了硫化氢应力腐蚀损伤程度的不同，冲击韧性变化规律。试验结果表明，随着硫化氢应力腐蚀损伤程度的增加，冲击韧性呈总体下降趋势。当硫化氢应力腐蚀损伤时间达到应力腐蚀断裂时间的0．5倍时，试样开始出现宏观裂纹。同时，也为从损伤角度研究其它钢材提供了一种尝试方法。     

X80管线钢焊接接头的硫化氢应力腐蚀试验研究

采用X80管线钢焊接接头制作楔形张开加载（WOL）试样，在硫化氢介质中进行恒位移应力腐蚀试验，分别测得母材、焊缝和热影响区的临界应力强度因子KISCC和裂纹扩展速率da／dt。试验结果表明，热影响区的‰最小，裂纹扩展速率最大，具有较差的抗应力腐蚀开裂的能力，是应力腐蚀开裂的薄弱环节。且通过对X80管线钢焊接接头的显微组织观察和基本力学性能研究，对影响X80钢应力腐蚀影响因素提供了试验依据，并对试验结果予以验证。     

机械工业系统成果介绍

机械工程材料高温及常温高压环境敏感断裂测试技术及性能评价海材料研究所1．该项目建立了综合配套的高温高压测试装置和测试技术。研制出国内首台小型水质更新式动态水高温高压试验回路，并建立了配套的静态高压釜装置，可进行慢应变拉伸、恒载荷、恒变形应力腐蚀试验及电化学测试。这样综合配套的高温高压测试体系国内尚属首家；在测试技术方法，通过对有关U型弯曲和慢应变速率两种方法试验结果的深入分析比较，提出了有关的高温水中这两种试验评定方法适用性原则的指导性建议，在国内外尚属首次报导。2．对核电工业中几种常用材料在高温…     

挖掘机下车架疲劳试验载荷谱研究与寿命预测

针对某中型液压挖掘机下车架的疲劳可靠性问题,研究了液压挖掘机下车架加载谱的编制方法。基于现场实测载荷-历程数据,采用反向加载方式,编制了挖掘机下车架加载部位的疲劳试验台架八级程序谱。为了实现同步加载试验,利用损伤等效原则,将四个支撑点各自的八级程序谱当量成四个相频相同的试验恒幅谱,再利用损伤一致性原则对试验恒幅谱进行校准,以保证得到的疲劳试验结果的可靠性。最后分别利用试验恒幅谱和实测载荷整理出的应力谱对该挖掘机下车架的进行疲劳寿命预测,结果验证加载方法和加载谱的可行性。     

风力发电机主轴轴承加速寿命试验研究

主轴轴承是风电机组核心零部件之一，为保障机组可靠运行，防止轴承发生早期失效，在机组正式投入使用前，需要通过轴承加速寿命试验进行验证。以典型风电机组载荷为研究对象，分析了轮毂中心各方向载荷特征和分布规律，提出一种将工况载荷简化为试验载荷的等效方法。另外，虽然加速寿命试验可以通过提高试验载荷来缩短试验时间，但载荷超过一定限值会导致轴承发生塑形变形，影响试验结果判定，因此，基于轴承应力和载荷当量计算公式，通过逆向推导方式，完成轴承加速寿命试验过程中载荷限定条件的推导，并通过加速寿命试验对上述方法的有效性进行实际验证。     

疲劳寿命预腐蚀影响系数曲线通用性研究

针对腐蚀条件下飞机结构疲劳寿命评定问题，对结构在近似谱和不同恒幅应力水平下的地面停放预腐蚀影响系数(C(t))曲线的通用性进行研究。首先给出与腐蚀时间呈指数关系的C(t)曲线形式，对该关系式的合理性进行验证；分别进行加速腐蚀不同时间后结构模拟试件在近似谱下的C(t)曲线测定，以及加速腐蚀试件在不同恒幅应力水平下的C(t)曲线分析，分别对上述曲线进行统计对比分析。结果表明：近似谱和恒幅应力下的C(t)曲线参数均无显著差异，说明C(t)曲线具有通用性，从而大大减少了试验工作量。     

16MnR钢和15MnVR钢在碳酸盐环境中的应力腐蚀研究

采用楔形张开加载（WOL）恒位移预裂纹试样研究了16MnR钢和15MnVR钢在碳酸盐环境中的抗应力腐蚀性能。试验选择常温、90℃和150℃分别在两种碳酸盐浓度下加载不同应力强度因子K1,经一定时间的应力腐蚀试验,测得各试样的扩展速率处于10^-7～10^-8mm／s之间,结果表明两种材料在所选碳酸盐浓度下裂纹基本没有扩展,其应力强度因子临界值KISCC分别不小于126和116MPa√m。同时采用扫描电镜和能谱技术对断口和试样表面膜进行了相应的观察和理论分析。总体而言,这两种材料在单一的碳酸盐溶液中应力腐蚀敏感性较低。     

高纯奥氏体不锈钢在热浓氯化镁介质中的应力腐蚀开裂

本文对北京钢铁研究院最近研制成的高纯奥氏体不锈钢在42%沸腾氮化镁介质中进行恒载荷应力腐蚀试验和电化学参数的测量,并用0Cr18Ni9奥氏体不锈钢作对比试验。分析不同合金元素含量的奥氏体不锈钢的自然腐蚀电位以及断裂时间—电位曲线。测量了不同含钼量的钢的阳极极化曲线。综合讨论了高纯奥氏体不锈钢中合金元素对SCC的影响。对这种体奥氏不锈钢裂纹形态和断口形貌进行了宏观和微观分析。实验结果表明,高纯奥氏体不铸钢作为一种新型耐SCC不锈钢具有工业应用的前景。     

氢和应力对304不锈钢在酸性氯离子溶液中活化溶解的影响

采用衡载荷和电化学试验研究了304奥氏体不锈钢在60℃时,不同加载应力下的阳极溶解电流密度变化。试验结果表明,随着加载应力的增大,304不锈钢在腐蚀溶液中的阳极溶解活性区间向负方向移动,应力的增大加速了材料的腐蚀,塑性变形使材料阳极溶解电流密度显著增大。根据热力学和电化学理论分析了氢和加载应力对阳极溶解电流密度的影响,所得计算结果与试验结果较好吻合。     

加载方式对垫片应力的影响及其泄漏率预测

垫片是螺栓法兰连接系统中的关键密封元件，在实验室对其进行泄漏率测量时，多采用刚性法兰通过试验机进行均匀加载，而忽略了生产实际中螺栓加载方式对泄漏率的影响。采用数值模拟方法研究实际操作常用的交叉加载、顺次加载和ASME PCC-1-2013标准中传统星形加载方式对垫片应力的影响，并将这3种加载方式与均匀加载方式进行比较。结果表明：3种加载方式都存在着螺栓预紧载荷不均匀的情况，但相比之下传统星形加载方式的预紧效果最佳，最接近均匀加载时的预紧效果；在相同载荷下，不同加载方式所得垫片上的应力不同。考虑垫片应力分布的不均匀性，对现有泄漏率预测公式进行了修正，并通过试验对修正后的公式进行验证。结果表明：修正后的公式所预测的泄漏率与试验结果更为接近。研究工作对提高螺栓法兰连接系统泄漏率预测的准确性具有重要意义。     

使用环境下民机机翼蒙皮对接结构疲劳分析

对民机机翼蒙皮对接结构进行使用环境下的疲劳分析.根据结构典型使用情况,采用细节模拟试件实验室加速腐蚀试验测定细节疲劳额定值(detail fatigue rating,DFR)地面停放腐蚀影响系数和空中腐蚀疲劳影响系数;采用腐蚀条件下的DFR方法对结构进行疲劳分析,得到疲劳裕度.在此过程中建立处理实际结构复杂使用环境的方法及由细节模拟试件试验得到的DFR腐蚀影响系数确定结构使用环境的DFR腐蚀影响系数的方法.采用机翼蒙皮对接部位模拟试件,设计完成指定使用情况所对应的预腐蚀一腐蚀疲劳交替验证试验,试验结果与分析结果基本一致,该使用环境下的疲劳分析方法可行.     

不同载荷条件下的可靠性转换方法

提出一种不同载荷条件下的可靠性转换方法,能够将试验载荷下产品的可靠度和可靠寿命转换为实际使用载荷条件下的可靠度和可靠寿命。工程上由于受试验条件的限制,试验载荷往往与产品实际使用中遇到的载荷并不完全一致,加上实际使用载荷又是多种多样,所以目前采用试验载荷条件下的可靠度和可靠寿命来分析和评估实际使用情况下产品的可靠性会导致较大的误差。本文提出的可靠性转换方法能够有效解决上述难题,文中分别对单应力和多应力情况的可靠性转换方法进行了详细讨论,并给出了由单应力向多应力情况的可靠性转换方法。     

电磁谐振式疲劳试验系统恒载荷控制方法研究

为研究电磁谐振式弯曲疲劳试验中试件的裂纹扩展对谐振系统振动特性的影响,利用有限元软件Abaqus对系统进行了不同裂纹尺寸下的模态和强迫振动分析。根据多种裂纹尺寸条件下的分析结果,建立了试件裂纹尺寸、摆臂加速度、试件应力水平之间的关系。讨论了为实现系统恒载荷控制,在试验过程中对激振力的大小进行调整的必要性,提供了以振动加速度为参考对激励电流的幅值进行调整来进行恒载荷控制的方法。     

腐蚀疲劳交替下2A12-T4航空铝合金的寿命分析研究

基于飞机服役期间经历“地面腐蚀与空中疲劳”的交替损伤模式,考虑载荷间的相互作用,研究了航空铝合金2A12-T4在预腐蚀与“腐蚀+疲劳”交替模式下疲劳寿命的退化与损伤累积规律。同级加载条件下提出利用腐蚀疲劳耦合损伤指数和迟滞载荷用来描述考虑交替腐蚀疲劳损伤模式,用各级疲劳损伤间的相互影响及腐蚀损伤与疲劳损伤在服役工作期间的耦合作用来描述腐蚀、疲劳间的相互促进、加速劣化的现象。基于损伤力学和非线性累积理论,考虑载腐蚀疲劳耦合指数与迟滞载荷对传统的Miner线性累积损伤理论进行修正。建立了飞机结构材料的寿命计算模型,并将模型计算结果与试验结果进行对比验证。确定了腐蚀实验中的腐蚀耦合损伤,并利用低载锻炼效应理论得出均匀分布的迟滞载荷。计算结果表明,本文提出的寿命计算模型的结果与实验结果比较吻合。     

腐蚀和疲劳交替作用下飞机铝合金疲劳性能及断裂机理研究

对LY12-CZ铝合金试验件进行腐蚀和疲劳的交替试验研究,分析"腐蚀+疲劳"和"疲劳+腐蚀+疲劳"两种方式下不同的腐蚀时间及不同的温度对试验件疲劳性能的影响及疲劳断裂特性差异。对试验结果的分析处理表明,同样腐蚀条件下"疲劳+腐蚀+疲劳"较"腐蚀+疲劳"方式的试验件疲劳寿命有所增加,而且增加幅度随着预疲劳寿命的增加而降低。腐蚀钝化疲劳过程中产生的微裂纹及挤入/挤出是疲劳寿命增加的原因。在腐蚀较轻状况下,腐蚀过程的钝化有着修复疲劳微损伤的功能,在腐蚀较为严重情况下(如腐蚀时间为40 h、温度为60℃),同时也产生大量腐蚀坑缺陷成为疲劳裂纹源,使得试验件疲劳寿命增加不明显,疲劳与腐蚀交替作用的先后顺序对试验件疲劳寿命的影响无差别。     

装载机工作装置钢结构强度计算方法研究

多年来，对装载机工作装置钢结构载荷和强度的计算一直采用典型工况方法，研究结果表明，这种方法不能真正和全面反映结构在多种复杂工况下的最大应力状况。文中提出作业仿真的方法，在对不同作业方式和载荷形式进行仿真过程中，对工作装置钢结构多个指定部位采用常规力学方法进行应力普查分析，然后将分析结果作为评判依据，从中选出对钢结构强度影响最大的工况和载荷，作为下一步有限元分析的工况和载荷。结果表明，使用作业仿真进行普查分析的方法比传统的典型工况方法更具全面性。     

基于非线性表面波检测奥氏体不锈钢应力腐蚀早期损伤的仿真研究

为了探索利用非线性表面波检测奥氏体不锈钢应力腐蚀早期损伤的方法,应用ANSYS和ABAQUS有限元数值模拟软件,基于弹塑性变形本构关系,采用重构的方法,实现应力场与超声场的耦合,进一步探讨恒应力状态下微裂纹的宽度与深度、受力方向(拉/压)与大小对非线性超声表面波传播特性的影响。结果表明,恒载荷作用下,微裂纹宽度与非线性系数呈负相关,深度与非线性系数呈正相关;拉应力作用下,微裂纹变宽,透射表面波能量降低,界面周期性振动引发的拍击和滑移效应减弱,抑制高次谐波的产生,而且微裂纹极限宽度随着拉应力的增大而减小;压应力的作用效果与之相反。所以非线性表面波与恒应力状态下微裂纹之间交互作用的研究对应力腐蚀早期损伤的检测有重要的工程应用价值。