氢影响下纳米晶体晶界滑移和晶界三叉点裂纹形核模型

在远场均匀拉伸载荷下,裂纹尖端会产生应力集中,与裂纹尖端相邻的晶界会承受较大的切应力,此切应力会导致晶界滑移.该文研究了氢和纳米晶界滑移对晶界裂纹形核、临界应力强度因子以及屏蔽效应的影响.应用连续分布位错方法给出了模型的理论解.结果表明:由于位错在晶界三叉点和滑移带尖端处的塞积,楔形裂纹会优先沿着晶界三叉点DC方向和晶界BD向上萌生,而且氢会使得裂纹萌生的总能量降低,氢浓度每增加1%,萌生最稳定裂纹的总能量大约降低1.86%.虽然晶界滑移会使得裂纹尖端的临界应力强度因子和屏蔽效应增大,但是氢使得临界应力强度因子降低.最后根据弱键理论,研究了氢对表面能的影响,氢浓度每增加1%,表面能降低5%.这一理论工作提供了氢和晶界滑移对材料微观断裂力学的新信息,有助于解释金属断裂的微观机理.

氧化对耐热钢蠕变疲劳寿命影响的研究进展

汽轮机转子等高温部件,长时间受到高温载荷作用,会产生蠕变疲劳损伤,严重危害机组的安全运行。通常,人们认为高温氧化膜的形成减缓了疲劳裂纹的萌生和扩展,具有良好的保护性。可有些学者却发现了相反的结果,真空或惰性气体下的蠕变疲劳性能要比空气中有氧存在时好,高温下更是如此。本文主要综述了高温氧化蠕变疲劳寿命的影响因素,以及高温氧化环境下蠕变疲劳损伤的机理。

Cl^-和CO_2共存环境下P110钢的电化学腐蚀影响实验研究

基于腐蚀电化学理论,以油井管材料P110钢为研究对象,在CS电化学工作站实验装置上,开展了不同温度、不同浓度Cl^-和CO_2共存时复杂离子环境对于油井管材料的电化学腐蚀研究。通过实验可以大致得出这种材料的最适工况环境保证材料的使用寿命,为提高生产安全系数提供参考。研究表明:在某一个固定的腐蚀介质中,P110钢的腐蚀速率是随温度增加而增加的;而在同一温度下,共存离子环境中的Cl^-浓度直接影响腐蚀速率,会在某个Cl^-浓度区间对于P110钢在共存离子环境的腐蚀速率产生抑制作用。在室温(20℃)时,P110腐蚀状态最为稳定缓慢,此状态下Cl^-浓度的增加会抑制P110钢的电化学腐蚀作用;NaCl在1.5wt%~3.5wt%之间会抑制P110钢的电化学腐蚀作用,使用寿命最长,最适合工程使用。

腐蚀介质浓度对油井管材料的电化学腐蚀影响的研究

基于腐蚀电化学理论,以油井管材料为研究对象,在CS电化学工作站实验装置上,利用电化学方法,测试不同温度、不同Cl-浓度环境对油井管材料的电化学腐蚀。结果表明,Cl^-在较低浓度下促进了腐蚀,但在高浓度下抑制腐蚀,在浓度为3.5%的NaCl溶液中,腐蚀效果最明显。P110钢在同一种氯离子浓度下,随着温度的增加腐蚀速率也逐渐增大,可见温度促进P110钢的腐蚀,温度越高腐蚀速率越快。

钻井设备本体材料的冲刷磨损行为的研究

固体颗粒的冲刷腐蚀行为在工程上随处可见,由此导致材料破坏及设备失效十分常见,造成了严重的经济损失。如在气井生产过程中,返排液或者生产流体会携带少量地层出砂,对钻井设备产生非常严重的磨损。本文将对常用的钻井设备本体材料进行冲蚀磨损行为的研究,揭示其冲蚀速率随冲击角、流体流速的变化规律,为钻井设备本体材料的磨损预测提供一定参考。

渗透氢对BCC金属裂纹扩展行为的影响

在氢环境下,氢原子会吸附在金属材料表面.随着时间推移,氢原子会渗透进入金属内部占据空隙位置.氢原子的聚集会导致应力集中,最终进一步影响材料的力学行为.本文通过分子动力学方法研究氢在裂纹尖端行为的力学响应.研究结果表明,裂纹尖端吸附的氢降低了原子间的键合力,导致局部应力集中所需的临界外加载荷减小;使得材料在较低的断裂强度条件下发生破坏,并在很大程度上促进了裂纹的扩展.模拟观察到在外加载荷下吸附氢在裂纹尖端的渗透过程,氢原子会聚集在高应力区域,造成材料塑性降低.另外,渗透进材料的氢原子数目会随着计算时间的增加达到一个最大临界值.当施加应变增大,裂纹尖端渗透氢原子数最大临界值和达到临界值的时间会增加.