氢氟酸浓度对钛合金油管的疲劳行为的影响

基于Zr-Mo系钛合金(0.6Zr3Mo)油井管在服役过程中因工作环境而导致的疲劳断裂问题,通过应力加载的方式研究了钛合金在不同浓度氢氟酸环境与实验室环境下的疲劳性能,并对其进行比较。结果表明:在70%σs应力幅作用下钛合金在有无腐蚀环境下均呈现循环软化特性;氢氟酸溶液促进了钛合金疲劳裂纹形核并加速了疲劳裂纹扩展速率,缩短了钛合金的疲劳寿命,并且疲劳寿命随腐蚀液浓度的增加呈下降趋势;氢氟酸浓度对钛合金的裂纹扩展方式具有一定影响,在实验室环境下钛合金裂纹扩展主要为周期性解理;在低浓度氢氟酸环境下由于氢氟酸腐蚀形成的二次裂纹容易诱发解理面的形成,裂纹扩展仍以解理的方式扩展;而在高浓度氢氟酸环境下裂纹的扩展方式有所改变,裂纹在韧性区扩展程度增加,以解理形式扩展的程度有所下降。

0.6Zr3Mo钛合金在含不同浓度盐酸胶凝酸中的腐蚀疲劳行为

通过应力幅550 MPa和应力比-1的疲劳试验,研究了0.6Zr3Mo钛合金在含不同质量分数(1%~20%)盐酸的胶凝酸中的腐蚀疲劳行为。结果表明:随着胶凝酸中盐酸浓度的增加,钛合金的腐蚀疲劳寿命线性降低,且其分散性明显增大;钛合金在含质量分数1%盐酸胶凝酸中的腐蚀疲劳断口形貌与在大气环境中相似,裂纹源为单一裂纹源,裂纹扩展区存在解理面,钛合金发生断裂的主要原因是循环应力作用;当胶凝酸中盐酸质量分数为10%和15%时,裂纹源区存在大量点蚀坑,裂纹呈多源萌生,裂纹扩展区包括解理面、主裂纹以及大量二次裂纹,循环载荷和盐酸的共同作用加速了裂纹扩展,降低了钛合金的腐蚀疲劳寿命;在裂纹扩展区裂纹尖端的局部盐酸浓度差异造成了局部较深的二次裂纹,这是腐蚀疲劳寿命分散性显著的主要原因。