高锰钢实海环境暴露试验与实验室加速腐蚀试验结果对比

采用实验室加速全浸、间浸腐蚀试验方法模拟了高锰钢在海水中的腐蚀行为,并对相同材料进行了实海环境暴露试验。采用宏观观察、扫描电镜分析,X射线衍射分析及金相检验等方法,对实海环境暴露试验与实验室加速腐蚀试验结果进行了对比分析。结果表明:试样分别经实验室加速腐蚀和实海环境暴露后,均表现为全面腐蚀+局部点腐蚀形貌;实验室加速腐蚀试验可代替实海环境暴露试验。可采用降低试验温度和氯离子浓度的方法,来提高实验室加速腐蚀试验与实海环境暴露试验数据在腐蚀速率和局部腐蚀深度方面的相关性。

金属3D打印技术的发展与应用探讨

在智能制造发展的如火如荼的21世纪,增材制造(或3D打印)被赋予了新的内涵,增加了计算机辅助控制,在成形方式、成形精度、表面粗糙度、力学性能等方面得到大幅提升,从而使增材制造技术受到了广泛关注。在这一进程中3D打印或许更形象地描述了零件的成形过程,实际应用当中更加耳熟能详,便将3D打印概念代替了增材制造。

船舶系统典型材料失效分析案例数据库的设计与建立

船舶系统典型材料的失效分析案例中,经常会涉及复杂的载荷和工况环境。通过建立船舶系统典型材料失效分析案例数据库,有利于更好地统计船舶系统典型材料的失效情况,为典型材料零件安全、可靠地运行提供技术支撑。

铝合金丝材电弧增材制造技术的研究与应用

丝材电弧增材制造(Wire Arc Additive Manufacturing,WAAM)实质上是一种基于电弧熔丝的堆焊技术,通过与计算机控制技术、机器人技术相结合而焕发出了新的生命力。WAAM技术因其高度柔性、技术集成度高、材料利用率高、设备成本低和生产效率高等优点,具有广阔的发展前景。目前国内外已有许多高校展开了WAAM技术的相关研究。本文介绍了电弧增材制造的定义、分类和特点,并对铝合金电弧增材制造技术的研究现状与应用进行了综述。

惰气熔融-红外吸收光谱法或热导法测定无机材料中氧氮氢的标准方法研究进展

氧、氮、氢元素在无机材料中备受关注。基于70余项我国现行标准方法及40余篇近10年的期刊论文,综述了惰气熔融-红外吸收光谱法或热导法测定钢铁及合金、稀有难熔金属合金、轻重贵有色金属、稀土合金与铁合金、有色中间合金、无机非金属功能材料等无机材料中氧、氮、氢的标准方法研究现状及发展趋势,给出了现行标准的适用对象、测定范围、试料量、助熔剂与期刊公布方法的测定对象、元素、仪器、坩埚类型、样品量、助熔剂、分析功率、标准样品等主要参数,并展望了无机材料中氧、氮、氢元素分析的应用前景和发展方向。

高频感应燃烧红外吸收光谱法测定碳化硼增强铝基复合材料中碳

碳化硼增强铝基复合材料是一种新型的核电站乏燃料储存框架材料,准确测定其中的碳含量有利于从源头上指导复合材料的质量控制。通过对样品称样量、助熔剂种类、用量及加入顺序等关键参数考察,确定了最佳工作条件:样品量为0.025~0.050 g,助熔剂组合为0.4 g铁+0.2 g锡+1.5 g钨。采用合金钢、生铁和高碳铬铁标准样品校准碳硫分析仪,建立了高频感应燃烧红外吸收光谱法测定碳化硼增强铝基复合材料中碳含量的分析方法。通过对试样测定的精密度和加标回收率实验验证,证明方法用于碳化硼增强铝基复合材料中碳含量的分析切实可行。方法在含量为0.006%~9%线性良好,实际样品中碳测定结果的精密度(RSD,n=6)为0.50%~1.3%,加标回收率为93.0%~100%。方法满足碳化硼增强铝基复合材料中碳含量的快速准确检测需求。

不同驱动参量的金属材料疲劳裂纹扩展速率模型综述

疲劳裂纹扩展速率da/d N是金属材料进行损伤容限设计时用到的一项重要力学性能指标,其获得并不直接依赖于裂纹扩展的驱动参量,这为采用不同驱动参量表征da/d N提供了可能性。本文分别介绍了以裂纹尖端应力强度因子范围△K、能量释放率变化范围△G、J积分变化范围△J、张开位移变化范围△δ、塑性区变化范围△r、裂纹前缘附近应变范围△εT等为疲劳裂纹扩展驱动参量的裂纹扩展速率模型及应用,为研究疲劳裂纹扩展规律时不同驱动参量的选择提供依据。

球墨铸铁断裂韧度测试技术研究进展

断裂韧度是材料重要的抗断指标。总结了平面应变断裂韧度、弹塑性断裂韧度、裂纹尖端张开位移和动态断裂韧度测试技术的研究概况及在球墨铸铁材料上的应用,介绍了温度、显微组织、试样尺寸对球墨铸铁断裂韧度的影响规律,探讨了球墨铸铁断裂韧度试样中的裂纹长度测试问题,介绍了基于J-Q(J积分-三轴性应力因子)理论的球墨铸铁断裂韧度测试方法;认为基于J-Q理论的多参数断裂韧度测试是未来研究的重点,并且若要使断裂韧度真正用于工程安全评定,必须在测试时综合考虑实际服役时的加载模式及环境。

船舶用带铜衬套通舱管件焊接开裂原因

船舶用带铜衬套通舱管件焊接后造成表面开裂。采用化学成分分析、金相检验、断口分析和拉伸试验等方法,分析了管件开裂的原因。结果表明:带铜衬套通舱管件端面开裂类型为液态金属致脆开裂;在焊接过程中,S221锡黄铜中的低熔点金属从管件端面沿晶界进入材料内部,导致管件脆化形成裂纹,在拉应力作用下,裂纹扩展造成管件端面发生开裂。

材料前沿测试表征技术及其在船舶材料领域的应用展望

材料测试表征技术是了解材料宏观和微观特征、剖析材料科学问题、进行材料应用评价的基础,测试表征技术的发展极大地加速了材料科学重大发现和重要理论创新的进程,密切跟踪测试表征技术前沿动态并尝试在科研生产中加以运用是材料研究的主要创新途径。通过了解材料基础研究和工程应用所关注的关键性能特征(如力学性能、化学成分、微观特征、疲劳性能、腐蚀性能等)的测试表征技术的发展现状,并分析前沿测试表征技术在船舶材料中的应用前景,为船舶领域的材料研制和工程应用研究提供参考。

火花源原子发射光谱法测定变形铝合金中痕量钠

变形铝合金是重要的高强度轻量化金属材料,具有良好的塑性加工与焊接性能,并广泛应用于航空、航天、交通和轻工等领域。针对现行电感耦合等离子体发射光谱法和原子吸收光谱法及火花源原子发射光谱法分析标准无法完全满足铝及铝合金中痕量钠杂质快速精准常规检验需求的现状,为发挥测试技术对变形铝合金材料工艺与应用研究的引导性作用,开展了火花源原子发射光谱法测定变形铝合金中痕量钠的分析方法应用。确定的分析条件:分析谱线为589.00 nm,氩气吹扫时间为3 s,预燃烧时间为11 s,火花数量为4400,曝光次数为1次,时间为4 s,火花数量为1600,火花频率均为400 Hz。对于钠杂质含量为2~30μg/g的变形铝合金标准样品和实际样品,其测定结果(n=6~9)的标准偏差不大于1.5μg/g,相对标准偏差小于10%,标准样品测定值与认定值相符,偏倚不大于2μg/g。方法可满足变形铝合金的快速精准常规检验的实际需求。

联轴器传动轴断裂原因

某型号联轴器传动轴在使用过程中发生断裂现象。采用宏观观察、化学成分分析、力学性能测试、扫描电镜分析、金相检验、热酸蚀试验等方法分析了该传动轴断裂的原因。结果表明:传动轴内部存在白点缺陷,材料中存在较多的硫化物和呈沿晶特征的二次裂纹;氢原子在硫化物附近聚集,形成氢陷阱,在组织和内应力的共同作用下,裂纹在氢陷阱部位萌生并扩展,形成氢致裂纹,最终导致传动轴断裂。

面内双轴载荷下T形焊接接头的疲劳失效行为

船舶中的“十字”和“T形”焊接接头在服役中会受到复杂的多轴疲劳载荷作用,易在焊缝等薄弱区域失效。通过设计的T形焊接接头和试验装置开展试验,以得到T形接头在不同面内双轴载荷下的疲劳寿命、起裂位置及断口特征;利用有限元方法分析了不同面内双轴载荷条件下T形接头焊趾处的应力分布状态,研究了影响焊趾应力状态的因素;结合修正的W9hler曲线法(modified W9hler curve method,MWCM)预测T形接头的疲劳寿命。结果表明:横向载荷一定时,纵向载荷的增加导致T形接头的疲劳寿命呈指数降低;鉴于T形接头的几何特性,裂纹总是萌生于下焊趾,焊趾过渡圆弧半径对焊趾的应力状态有显著影响,增大焊趾过渡圆弧半径可提高疲劳寿命;T形接头焊趾处的应力较高时,MWCM具有较高的预测精度。

塑性变形对低合金钢拉伸性能的影响

对10CrNi3MoV低合金结构钢进行不同塑性变形处理和时效热处理,对试样进行拉伸试验,研究塑性变形处理和时效热处理对材料拉伸性能的影响规律,建立塑性变形量与材料拉伸参数之间的关系模型,并对试样的断口形貌进行观察。结果表明:随着塑性变形率的增大,材料的屈服强度和抗拉强度逐渐增大,断后伸长率和最大力总延伸率逐渐降低,纤维区产生的裂纹尺寸先增大后减小,不同塑性变形处理后试样的断裂形式均为韧性断裂;随着时效温度的升高,材料的屈服强度和抗拉强度均呈先增大后减小的变化趋势,最大力总延伸率不断增大;建立了塑性变形量与材料拉伸参数之间的关系模型,可用于预测不同塑性变形后材料的拉伸性能。

TC4钛合金在3.5%NaCl溶液中的应力腐蚀行为

采用楔形张开加载(WOL)试样开展应力腐蚀试验,研究TC4钛合金在3.5%NaCl溶液中的应力腐蚀行为,分析应力腐蚀开裂(SCC)机理。结果表明,腐蚀24 h后,即可在试样表面观察到SCC裂纹。腐蚀30 d和75 d的试样,SCC裂纹长度接近,且都明显大于腐蚀15 d的试样,说明15~30 d内SCC扩展终止。试样的加载应力越大,裂纹长度越长,随着裂纹扩展,应力逐渐松弛,当残余KI值降低到38 MPa·m^(1/2)附近时,SCC扩展终止。SCC扩展是应力和腐蚀耦合作用的过程,在SCC起始阶段,应力主导裂纹快速扩展,断口呈韧窝形貌。SCC中后阶段,断口呈解理形貌和鳞片状花样,鳞片边缘存在钛氧化物,推测是由于应力松弛后的裂纹间歇性驻留和阳极溶解促进的裂纹继续扩展反复交替作用形成的。

高锰钢在模拟海洋环境中的应力腐蚀行为

以低温高锰钢为研究对象,采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜、X射线能谱分析仪等设备对高锰钢进行微观观察,采用恒载荷应力腐蚀试验研究其在人工海水溶液中的应力腐蚀行为,采用电化学手段测试其腐蚀性能。结果表明:低温高锰钢晶粒度大小不一,显微组织主要为形变奥氏体,试样内存在位错及孪晶,晶界上未见明显析出物;在低温高锰钢的使用过程中,其缺陷部位优先发生腐蚀,在恒定应力条件下,材料表面局部生成微裂纹,且扩展速率较慢,材料对应力腐蚀不敏感;当应力发生变化时,试样中微裂纹与应力的平衡被打破,加速了裂纹的扩展和新微裂纹的萌生,材料在腐蚀环境下易发生应力腐蚀开裂。

不同温度下6082铝合金的抗应力腐蚀性能

采用慢应变速率拉伸试验方法研究了6082铝合金板材在不同温度下的抗应力腐蚀性能,采用光学显微镜和透射电镜观察其显微组织,采用扫描电镜对其进行断口分析。结果表明:6082铝合金板材在70℃,3.5%(体积分数)NaCl溶液中的应力腐蚀敏感性指数为6.6%,在50℃,3.5%(体积分数)NaCl溶液中的应力腐蚀敏感性指数为2.3%;试样断口均无应力腐蚀特征,合金晶内析出了弥散分布的细小Mg2Si相,晶界析出了不连续分布的Mg2Si相,不能形成连续的沿晶腐蚀通道,试样表现为较好的抗应力腐蚀性能;温度升高使试样在腐蚀溶液中的抗拉强度下降幅度较大,试样在70℃下的应力腐蚀敏感性指数偏高。

氢化物发生电感耦合等离子体发射光谱法测定钢中微量砷

该文研究氢化物发生-电感耦合等离子体发射光谱法测定非合金钢(碳素钢)和低合金钢中微量砷的分析方法,考察高频功率、雾化压力、辅助气流量、泵速等仪器工作条件与消解用酸及用量、硼氢化钠浓度对光谱强度的影响,并讨论王水、铁基体、共存离子对测定结果的背景干扰与消除方法。确定的最佳工作条件为:高频功率为1 350 W,雾化压力为22 psi(1 psi=6.895 kPa),辅助气流量为0.5 L/min,泵速为100 r/min。称取0.500 g试样,采用15 mL盐酸和5 mL硝酸加热消解制备待测试液,并加入硫脲—抗坏血酸混合溶液做掩蔽剂。将待测溶液和硼氢化钠溶液(2%)导入氢化物发生器和电感耦合等离子体发射光谱仪,选用As 189.04 nm分析谱线,采用基体匹配法消除背景干扰,以铁基体溶液建立系列校准曲线,其线性相关系数达0.999。方法的定量限为0.000 12%。按实验方法测定钢铁合成样品与有证标准样品,测定结果与理论值或认定值相符。

惰气熔融-红外吸收法测定铬铝、钼铝中间合金粉中氧

铬铝(铝铬)、钼铝(铝钼)中间合金是重要的钛合金用新型合金剂,准确测定其中的氧含量有利于从源头上指导钛合金的质量控制。称取(100±50)mg样品采用锡囊包裹,设定分析功率为5.0~5.5kW,采用钢铁标准样品校准仪器(分析功率4.0kW),使用石墨套坩埚进行测定,建立了脉冲加热-惰气熔融-红外吸收法测定铬铝、钼铝中间合金粉中氧含量的方法。对样品量、分析功率进行了优化,并重点探讨了锡囊、镍箔、镍篮为助熔剂对氧量测定的影响。结果表明,助熔剂对氧含量的释放有较大的影响;部分程度上,镍箔、镍篮或会抑制或阻碍氧化铝中氧的释放,造成铬铝、钼铝中间合金中氧的释放率和测定结果存在显著偏低及不稳定的质量风险。在选定的实验条件下,方法检出限、定量限分别为0.004%、0.012%,定量范围为0.012%~0.58%。按实验方法分析铬铝、钼铝合金粉状样品,结果的相对标准偏差(RSD,n=6)不大于6%,极差显著小于参考YS/T 1075.7—2015《钒铝、钼铝中间合金化学分析方法第7部分:氧量的测定惰气熔融-红外法》计算的临界差(1.4倍重复性限)。采用加入氧化铝粉的方法合成加标样品,氧化铝中氧的回收率为90%~109%。方法可适用于铬铝、钼铝中间合金粉中氧含量的测定,并有望在以铬、钼为合金元素的钛合金用新型铝基中间合金(如铝钼铬、钼钒铝、钒铝锡铬)中得到推广和应用。

钛合金氢致损伤机理的研究现状

钛合金在生产和服役过程中会由于氢的引入导致性能劣化,引发氢致损伤失效。为了从根本上预防氢致损伤的发生,从上世纪90年代开始,国内外学者对钛合金氢致损伤机理展开了广泛的研究。针对不同类型的钛合金提出了弱键理论、氢致塑性变形和应力诱导氢化物开裂等来解释氢致损伤的成因,然而至今仍未有统一结论。为此,系统性回顾了目前为止钛合金氢致损伤机理的研究工作,针对氢在钛合金中的行为,以及氢在α、近α、α+β、近β、β钛合金中的作用机制进行探讨,指出目前氢致损伤机理研究中存在的问题和不足之处,以期对未来氢致损伤机理的研究和解决氢致失效问题提供思路和参考。