成分和组织对衬板钢在腐蚀料浆环境下的冲击磨损性能与机理的影响

利用改造后的MLD-10型冲击磨损试验机研究了3种冶金矿山湿磨衬板钢在铁矿石酸性矿浆中的冲击腐蚀磨损行为;采用扫描电子显微镜观察了试样磨损表面形貌,用光学显微镜分析了垂直于试样磨损表面的亚表层金相组织.结果表明:低碳高合金钢的耐冲击腐蚀磨损性能优于高锰钢及中碳合金钢;低碳高合金钢的冲击腐蚀磨损机制主要为挤出硬化棱剥落、轻微的腐蚀磨损及浅层疲劳剥落,高锰钢的主要冲击腐蚀磨损机制为较深层的累积变形疲劳剥落和严重的腐蚀磨损,而中碳合金钢的主要冲击腐蚀磨损机制为深层脆性剥落和严重的腐蚀磨损.     

碳含量对腐蚀条件下低碳高合金钢冲击磨损性能的影响

在冲击、腐蚀磨损条件下，对不同碳含量的新型衬板用低碳高合金钢的磨损行为进行比较，采用金相显微镜、扫描电子显微镜和X射线衍射仪观察分析合金组织、其亚表层金相组织及冲击腐蚀磨损表面形貌，对合金组织和在腐蚀环境下的冲击磨损机制进行探讨，结果表明：与含碳量为0．16％、0．25％的低碳高合金钢相比，碳含量为0.21％的低碳高合金钢在腐蚀环境下具有最佳的抗冲击磨损性能，其磨损机制以疲劳剥层为主．     

CO2腐蚀环境下P110套管材料性能的实验研究

针对CO2腐蚀环境下P110套管材料性能动态变化的难题,基于腐蚀实验与拉伸实验,对含腐蚀损伤的P110套管进行了力学性能分析。根据现场资料对钻井液注入CO2配置腐蚀液,将腐蚀后试件与现场失效套管的腐蚀产物进行EDS能谱分析对比,确定了腐蚀液的适用性。设置固定井深,在100℃高温时不同的腐蚀实验周期内,将所得的含腐蚀损伤试件进行质量损失测试及拉伸实验,分析了材料力学性能的变化。由MTS液压式万能试验机得出应力-应变曲线,并拟合得到了等效屈服强度变化公式及等效抗拉强度变化公式。结果表明:套管试样腐蚀后的屈服强度和抗拉强度随着失重率增大而减小,当套管试样经腐蚀后失重率低于15%时,材料的力学性能,如等效屈服强度和等效抗拉强度随失重率的增加会以较大幅度降低;而当试样失重率大于15%时,随着失重率的增加,等效屈服强度急剧减小,等效抗拉强度则以较为平缓的趋势降低。     

腐蚀损伤模型研究进展

腐蚀会导致材料表面附近产生机械损伤，降低材料强度。腐蚀损伤演化过程的理解和模拟，对工程结构的剩余服役寿命预测、可靠性分析、以及材料耐腐蚀设计等至关重要。现有的腐蚀数学模型大多旨在描述单个或少数几个腐蚀点的界面演化过程。这些模型通常都基于扩散理论和电化学动力学定律，用于预测腐蚀点的几何形状演化和溶液中离子的浓度分布演化。本文简述了腐蚀的电化学动力学基础，为力学工作者参与腐蚀损伤研究提供了简要的背景知识介绍。对目前发展比较完善的点腐蚀模型进行了总结分类。重点介绍了近十年来几种主要的新型腐蚀模拟方法：元胞自动机法、相场模型和近场动力学模型。并分析了各方法的优缺点。提出了电偶腐蚀和应力腐蚀开裂模型分析中亟待解决的一些问题。最后，论文总结了腐蚀模拟在实际工程应用中的难点，展望了未来研究发展方向。     

超高强度平头圆柱形弹体对低碳合金钢板的高速撞击实验

为分析不同组分低碳合金钢板抗超高强度低碳合金钢弹体的高速撞击性能及破坏模式,以两种典型防弹特种钢SS、AS以及常见的Q235A钢为研究对象,通过静态拉伸、静态压缩及动态压缩测试,获得静态拉伸和压缩性能参数以及1 000~6 000 s-1应变率范围内的力学行为,分析了材料组分与力学性能的相关性。采用弹道枪加载撞击方法,获得了两种超高强度合金钢平头圆柱形弹体对3种钢板(14.5~15.9 mm厚)的弹道极限速度,通过分析获得了不同工况下的极限比吸收能,讨论了合金钢板在弹体高速撞击下破坏模式的差异,分析了材料力学性能与破坏模式的相关性。研究表明:3种合金钢板抗弹体撞击性能与材料屈服强度正相关,但其性能间的差异远小于屈服强度间的差异;在超高强度合金钢平头圆柱形弹体的高速撞击下,3种钢板的失效机制与其力学性能密切相关,Si和Mn含量高的AS钢呈硬脆性特征,其断裂失效主要取决于材料的剪切强度,而Si和Mn含量较低的SS钢和Q235A钢具有良好的塑性,其断裂失效主要取决于材料的压缩强度和剪切强度。     

基于总循环应变能的疲劳寿命计算模型

从总循环应变能的角度出发, 提出了一个新的疲劳寿命计 算模型, 通过对30CrMnSiA 钢和AISI 4340钢两种材料的的疲劳寿命计算, 并与相 关实验数据对比, 证明了该模型计算疲劳寿命较为准确.     

干膜润滑剂腐蚀性的研究

干膜润滑剂主要是润滑涂层而不是防护涂层。不少使用单位要求它兼有防护性,这是一项既苛刻又合理的要求。作者对二硫化钼、石墨、低分子量聚四氟乙烯、氟化石墨等七种固体润滑剂及润滑剂-树脂体系在潮湿状态下及盐雾环境中对30CrMnSiA钢的腐蚀性进行了研究;并观察了酸值、不同底材和表面处理对耐腐蚀性的影响,以及腐蚀抑止剂对改善二硫化钼腐蚀性的效果。作者认为对石墨的选用应是有条件的,在盐雾等腐蚀性环境中应排除它;氟化石墨则可作为选用的对象;对二硫化钼应通过精制及控制贮存条件来降低其腐蚀性。作者还认为,为了满足润滑与防护的双重要求,还应在产品设计上采取相应措施,例如选用耐蚀性高的金属作结构材料,规定合适的表面处理及其它防护措施等。     

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基于27种合金钢与铝合金的机械、力学性能，分析对比了3种理论估算疲劳极限方法的估 算结果，发现3种方法中只有两种方法能够比较精确地估算材料的疲劳极限; 当引 入强度系数和应变硬化指数与常规机械与力学性能的关系之后，这两种方法都可借助材料的 常规机械与力学性能估算疲劳极限，估算过程中的限制性条件``高强度钢'应予取消.     

疲劳裂纹扩展门槛值试验的可靠性分析

本文用30块30CrMnSiA合金铜的CCT试件所测得的ΔK_(th)试验数据检验了随机变量ΔK_(th)的分布特性,确认材料与厚度相同的试件在相同应力比下所测得的ΔK_(th)值基本遵循正态分布。在此基础上对ΔK_(th)试验进行了如下可靠性分析:具有指定可靠度与置信度的ΔK_(th)值,不同材料ΔK_(th)的统计对比,最少试件数。     

基于动态本构模型的整流罩铰链系统自冲击分析

整流罩铰链系统结构分析是大型整流罩分离分析的重要环节,也是国内新一代运载火箭研制过程中的关键技术之一。基于30CrMnSiA和ZTC4-1的力学性能试验研究,得到材料的动态本构模型,并建立整流罩及动态本构模型下的铰链系统有限元模型。通过非线性显式动力学分析方法,对铰链系统自冲击过程进行仿真,得到冲击作用下铰链系统的应力和应变情况,并通过内力分析得到自冲击过程中铰链系统的主要内力形式。最后,通过比较铰链系统动态本构与准静态本构下的自冲击响应,验证并说明了动态本构模型对铰链系统自冲击仿真的影响。计算结果表明,自冲击作用会使铰链系统发生塑性变形,且动态本构模型有利于反映真实结果,为新一代运载火箭的研制提供一定的参考价值。     

用化学腐蚀法检测在高温下工作中的压力容器的材料性能劣化

在高温下工作中的结构材料,在长期工作后,其力学性能会下降。本文提出了一种化学腐蚀法,可检验回火脆化,测定材料的晶界腐蚀程度与材料力学性能劣化的定量关系。应用这种腐蚀法,可在现场检测正在使用中的高温结构材料的断裂韧性下降,可对结构的剩余强度和剩余寿命,对结构的可靠性和经济效益作出正确的评价.     

奥氏体基体相硬度对自生质点合金钢高温耐磨性的影响

研究了在５６０℃下奥氏体基体相硬度对自生质点合金耐磨性的影响。结果表明,当硬质相硬度处于１７５０￣１９３０ＨＶ范围内,而奥氏体硬度处于１８０￣３３０ＨＶ范围内时,随着奥氏体基体硬度的提高自生质点合金钢的磨损大大减轻,耐磨性改善;当奥氏体硬度处于３３０￣４３０ＨＶ范围内时,奥氏体基体硬度对合金钢耐磨性的改善作用减弱;当奥氏体的硬度大于４３０ＨＶ时,奥氏体基体硬度的提高对合金钢耐磨性的改善作用消失。因     

基于图像灰度分析的腐蚀钢绞线细观损伤行为

外护套破损的在役拉吊索结构,索内镀锌钢丝或钢绞线直接暴露于自然环境中,特别是酸雨的服役环境下,镀锌钢丝或钢绞线腐蚀非常严重,造成重大安全隐患.通过酸雨环境下拉吊索钢绞线在交变应力、静态应力和无应力工况的加速腐蚀试验,运用数字化扫描电子显微镜对腐蚀试件进行图像采集,并进行图像灰度分析,研究钢绞线细观层次的腐蚀损伤力学行为.探索一种基于图像灰度分析的钢绞线腐蚀疲劳损伤评定方法,以期能更好的评估在役拉吊索服役状况与剩余寿命,为桥梁拉吊索结构检测、养护、更换决策提供科学依据.试验表明:腐蚀使钢绞线塑性降低,脆性增强,而在交变应力和环境腐蚀耦合作用下,试件的塑性降低更多,更易发生脆断.当腐蚀时间为720h时,与无腐蚀试件相比,交变应力工况下试件的断后伸长率下降约50%,破断应力下降较多,个别试件的破断应力下降了约40%,试件发生脆断.静态应力以及无应力工况下腐蚀720h的试件,断后伸长率约为无腐蚀试件的70%.基于图像腐蚀特征,腐蚀时间在120h~240h,各工况下的腐蚀试件抗拉强度变化不大,说明钢绞线镀锌层腐蚀阶段,表面腐蚀对其力学性能影响不大;腐蚀时间为360h,交变应力工况相比无应力和静态应力工况下的试件,腐蚀更严重,破断应力有大幅下降的趋势.研究也表明,腐蚀图像能反映钢绞线细观损伤行为,细观的损伤行为又与其承载能力密切相关.腐蚀图像灰度分布、细观损伤以及承载力变化之间存在一定的映射关系.     

干涉应变计法在焊缝材料力学性能测试中的应用

在焊接结构中,焊缝的不同区域(如热影响区和熔合区)的材料力学性能对整个结构的安全性、可靠性起着至关重要的影响。本文介绍了用于高精度应变测量的干涉应变计法(ISDG),并利用自行研制的微小试样拉伸试验机,对20Cr合金钢压力容器中部分焊缝材料,分热影响区和熔合区对其材料力学性能进行测试,在国内首次获得了焊缝不同区域的全历程应力-应变曲线,对热影响区材料的软化现象进行了定量的描述。     

模拟酸雨环境下圆钢管再生混凝土纯弯试验研究

对模拟酸雨腐蚀后的8根圆钢管混凝土试件进行纯弯试验研究,考虑混凝土骨料类型和腐蚀率2个变化参数,研究变化参数对试件纯弯力学性能的影响;在此基础上,利用有限元分析软件,分别采用壁厚折减和材性折减两种方式来考虑酸雨腐蚀对试件纯弯力学性能的影响。研究结果表明:整体上所有试件均呈现出跨中弯曲变形,可知酸雨腐蚀对试件的破坏形态无明显影响;且所有试件直至试验结束,其跨中弯矩-挠度曲线均未出现下降段,表明在该腐蚀范围内,圆钢管混凝土试件在纯弯受力过程中仍具有良好的变形能力和延性;在相同腐蚀率下,圆钢管再生混凝土与圆钢管普通混凝土的极限承载力平均比值为0.94,表明圆钢管再生混凝土的极限承载力略低于圆钢管普通混凝土;随着腐蚀程度的加深,试件的刚度和极限承载力有明显降低;对比有限元计算结果与试验结果,验证了有限元建模方法的正确性及分别采用壁厚折减和材性折减来考虑酸雨环境对纯弯试件腐蚀影响的可行性。     

影响材料腐蚀磨损的因素及其机理研究

作者采用一种可同时测定材料磨粒磨损速度和化学腐蚀速度的腐蚀磨损电化学试验装置,研究了影响几种工业材料腐蚀磨损的某些因素。结果表明,材料组织的电化学性质对其耐腐蚀磨损有重要影响:高铬铸铁Cr15Mo3在酸性砂浆中由于化学腐蚀与磨粒磨损的相互作用,耐磨性急剧下降;在腐蚀磨损过程中,不锈钢1Cr18Ni9Ti的钝态受到极大破坏,用阳极极化的方法不能提高其耐磨性。     

基于表面图像分析推演钢绞线腐蚀疲劳损伤行为

外护套破损的在役拉吊索结构，索内镀锌钢丝或钢绞线直接暴露于自然环境中，特别是酸雨的服役环境下，镀锌钢丝或钢绞线腐蚀非常严重，造成重大安全隐患。通过酸雨环境下拉吊索钢绞线在交变应力、静态应力和无应力工况的加速腐蚀试验，运用数字化扫描电子显微镜对腐蚀试件进行图像采集，并进行图像灰度分析，研究钢绞线细观层次的腐蚀损伤力学行为。探索一种基于图像灰度分析的钢绞线腐蚀疲劳损伤评定方法，以期能更好的评估在役拉吊索服役状况与剩余寿命，为桥梁拉吊索结构检测、养护、更换决策提供科学依据。试验表明：腐蚀使钢绞线塑性降低，脆性增强，而在交变应力和环境腐蚀耦合作用下，试件的塑性降低更多，更易发生脆断。当腐蚀时间为720h时，与无腐蚀试件相比，交变应力工况下试件的断后伸长率下降约50%，破断应力下降较多，个别试件的破断应力下降了约40%，试件发生脆断。静态应力以及无应力工况下腐蚀720h的试件，断后伸长率约为无腐蚀试件的70%。基于图像腐蚀特征，腐蚀时间在120h~240h，各工况下的腐蚀试件抗拉强度变化不大，说明钢绞线镀锌层腐蚀阶段，表面腐蚀对其力学性能影响不大；腐蚀时间为360h，交变应力工况相比无应力和静态应力工况下的试件，腐蚀更严重，破断应力有大幅下降的趋势。研究也表明，腐蚀图像能反映钢绞线细观损伤行为，细观的损伤行为又与其承载能力密切相关。腐蚀图像灰度分布、细观损伤以及承载力变化之间存在一定的映射关系。     

级联碰撞对层状珠光体力学行为的影响

铁素体合金钢是目前在核能工程界应用最为广泛的一种金属结构材料,以渗碳体和铁素体基体构成的层状珠光体是铁素体合金钢中常见的金相结构。深入理解辐照效应对层状珠光体力学性能的影响对高辐照条件下铁素体钢的材料设计与寿命评估有着重要的理论参考意义。基于以上考虑,本文采用分子动力学（MD）模拟,研究了连续低能铁原子级联碰撞对渗碳体/铁素体两相界面的破坏情况,探讨了经历不同程度级联碰撞的两相结构在单向拉伸以及压缩荷载下的初始屈服情况。通过对MD模拟结果的深入分析,得到了以下主要结论：a.辐照会破坏渗碳体/铁素体两相界面的失配位错结构,引起渗碳体的分解,并促进碳原子向铁素体的扩散;b.在单轴拉伸荷载作用下,级联碰撞会使初始屈服机制由{112}<111>位错滑移系的开动转变为间隙原子团簇附近位错环的形核与长大;c.在单轴压缩荷载作用下,级联碰撞会使初始塑性变形机制由{110}<111>滑移系的开动转变为{112}<111>滑移系的开动;d)无论在单轴拉伸还是压缩情况下,级联碰撞（及辐照效应）都会导致位错初始形核应力的提升。本文的研究结果为铁素体合金钢的辐照硬化和辐照脆化行为提供了新的微观解释,对于辐照条件下铁素体合金钢材料的优化设计有一定的参考意义。     

锻造CoCrMo合金关节材料的摩擦腐蚀行为

采用UMT-2多功能摩擦磨损试验机和电化学工作站(CHI614E)考察了锻造Co Cr Mo合金在25%小牛血清溶液条件下的摩擦腐蚀性能,利用扫描电镜观察了摩擦腐蚀的形貌特征,对腐蚀损失量、机械磨损损失量及腐蚀和磨损的协同损失量进行了对比分析.结果表明:锻造Co Cr Mo合金的腐蚀电位(Ecorr)约-820 m V,在0.5~0.75 V区间出现二次钝化.不同载荷条件下,摩擦腐蚀的摩擦系数均大于纯摩擦系数,且随载荷的增加而减小,摩擦腐蚀电流则随载荷的增加而增大.随载荷的增加,机械磨损损失量所占比例增大,腐蚀损失量所占比例降低.摩擦腐蚀的协同损失量占到总损失量的30%以上,且随载荷增加而增大.     

级联碰撞对层状珠光体力学行为的影响

铁素体合金钢是目前在核能工程界应用最为广泛的一种金属结构材料，以渗碳体和铁素体基体构成的层状珠光体是铁素体合金钢中常见的金相结构。深入理解辐照效应对层状珠光体力学性能的影响对高辐照条件下铁素体钢的材料设计与寿命评估有着重要的理论参考意义。基于以上考虑，本文采用分子动力学（MD）模拟，研究了连续低能铁原子级联碰撞对渗碳体/铁素体两相界面的破坏情况，探讨了经历不同程度级联碰撞的两相结构在单向拉伸以及压缩荷载下的初始屈服情况。通过对MD模拟结果的深入分析，得到了以下主要结论：a.辐照会破坏渗碳体/铁素体两相界面的失配位错结构，引起渗碳体的分解，并促进碳原子向铁素体的扩散；b.在单轴拉伸荷载作用下，级联碰撞会使初始屈服机制由{112}<111>位错滑移系的开动转变为间隙原子团簇附近位错环的形核与长大；c.在单轴压缩荷载作用下，级联碰撞会使初始塑性变形机制由{110}<111>滑移系的开动转变为{112}<111>滑移系的开动；d)无论在单轴拉伸还是压缩情况下，级联碰撞（及辐照效应）都会导致位错初始形核应力的提升。本文的研究结果为铁素体合金钢的辐照硬化和辐照脆化行为提供了新的微观解释，对于辐照条件下铁素体合金钢材料的优化设计有一定的参考意义。