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。

富氢环境下管道钢的腐蚀疲劳裂纹扩展模型

基于腐蚀疲劳裂纹扩展的基本假设,结合氢的弱键理论和局部塑变理论,对处于富氢(氢气)环境下的管道钢提出了氢脆-钝化-断裂模型。推导得出氢脆型腐蚀疲劳裂纹扩展(HE-CFCP)具有明显应力腐蚀准平台开始的转变应力强度因子(Ktran)表达式。考虑了临界断裂强度因子(Kc)对裂纹扩展的影响,提出了HE-CFCP的亚临界断裂强度因子(Ksc)的概念,并将其作为HE-CFCP准平台结束的应力强度因子。通过比较Ktran和Ksc大小,将(Ksc-Ktran)的差值作为衡量由应力强度因子控制的HE-CFCP准平台发生及准平台区间长度的评价标准。通过对已有管道钢的CFCP实验数据分析,考虑氢致损伤和断裂强度因子的影响,将HE-CFCP曲线划分为四个区域:I-近门槛区域;II-I-Paris区域;II-II-氢完全控制区域;III-快速扩展区域。最后分析了氢致损伤对Paris区域和氢完全控制区域的影响。研究表明:基于裂纹扩展动力学规律导出的裂纹扩展速率表达式对描述HE-CFCP具有较好的通用性。