氧化膜形状对镍基合金应力腐蚀裂尖应力应变的影响
发布时间：2020-03-12 00:53
【摘要】：采用有限元数值模拟手段,分析了裂尖氧化膜在不同曲率下对应力腐蚀裂纹尖端应力应变场的影响。结果表明,随着氧化膜裂尖曲率的不同,氧化膜裂尖Mises应力和基体金属的Mises应力及等效塑性应变规律不同,曲率越大处,越易发生氧化膜破裂;在裂尖正前方,基体金属和氧化膜结合面处,会产生应力突变,易产生裂纹,也是发生裂纹扩展的薄弱区。
【图文】：
《热加工工艺》2016年10月第45卷第20期K1为15MPa·m1/2[5-6]。在几何模型中，基体金属与氧化膜建立为一体，在子模型中，则赋予不同的材料属性。镍基合金在高温高压水中应力腐蚀所形成的氧化膜厚度1～2μm[7-8]。本次研究取氧化膜厚度为2μm，试样的几何尺寸如图1（a）所示，裂尖氧化膜生长过程中由薄逐渐变厚，在本次分析中取厚度方向的3条观测线作为裂尖应力应变的取值点。在计算过程中，氧化膜厚度不均匀的模拟采用曲线逐渐逼近，裂纹宽度取2μm，氧化膜裂尖正前方取ρ为1、1.5、2μm时，形成3种厚度不均匀的氧化膜模型，如图1（b）所示。1.2材料模型假设SCC裂纹尖端金属（镍基合金）力学关系均符合Ramberg-Osgood关系：εε0=σσ0+ασσ0σσn式中：α为偏移系数；n为硬化指数；σ、ε分别为真实应力和真实应变；σ0、ε0分别为屈服应力和屈服应变。材料模型中镍基合金基体和氧化膜材料参数如表1所示。1.3网格模型有限元模型如图2所示，为平面变形模型，采用8节点2次平面应变单元。由于在氧化膜与镍基合金基体交界附近区域会出现大应力梯度，为提高计算精度，对裂尖区域的氧化膜与基体金属进行网格细化，以获得较为详细、准确的裂尖应力应变数据[11]。2计算结果及分析2.1镍基合金基体金属裂尖应力应变分布氧化膜裂尖正前方分别取ρ为1、1.5、2μm时，为更详细了解基体金属裂尖区域的应力应变变化规律，取不同曲率上在同一观测线-90°～90°各处应力应变曲线。镍基合金基体金属裂尖应力应变曲线如图3所示。可看出，基体金属在水平正前方θ角为0°处的Mises应力和等效塑性应变较小，在-80°～-60°和60°～80°范围内，Mises应力和等效塑性应变出现最大值，在此范?
力应变的取值点。在计算过程中，氧化膜厚度不均匀的模拟采用曲线逐渐逼近，裂纹宽度取2μm，氧化膜裂尖正前方取ρ为1、1.5、2μm时，形成3种厚度不均匀的氧化膜模型，如图1（b）所示。1.2材料模型假设SCC裂纹尖端金属（镍基合金）力学关系均符合Ramberg-Osgood关系：εε0=σσ0+ασσ0σσn式中：α为偏移系数；n为硬化指数；σ、ε分别为真实应力和真实应变；σ0、ε0分别为屈服应力和屈服应变。材料模型中镍基合金基体和氧化膜材料参数如表1所示。1.3网格模型有限元模型如图2所示，为平面变形模型，采用8节点2次平面应变单元。由于在氧化膜与镍基合金基体交界附近区域会出现大应力梯度，为提高计算精度，对裂尖区域的氧化膜与基体金属进行网格细化，以获得较为详细、准确的裂尖应力应变数据[11]。2计算结果及分析2.1镍基合金基体金属裂尖应力应变分布氧化膜裂尖正前方分别取ρ为1、1.5、2μm时，为更详细了解基体金属裂尖区域的应力应变变化规律，取不同曲率上在同一观测线-90°～90°各处应力应变曲线。镍基合金基体金属裂尖应力应变曲线如图3所示。可看出，，基体金属在水平正前方θ角为0°处的Mises应力和等效塑性应变较小，在-80°～-60°和60°～80°范围内，Mises应力和等效塑性应变出现最大值，在此范围内，基体金属更易产生裂纹。在-15°～15°内，氧化膜曲率越大，Mises应力和等效塑性应变越大。对于氧化膜裂尖正前方取ρ=1.5μm和ρ=2μm的两条曲线，其基体金属Mises应力和等效塑性应变趋势一致；在-90°～-15°和15°～90°内，氧化膜曲率越大，Mises应力和等效塑性应变越校对于氧化膜裂尖正前方取ρ=1μm的曲线，其氧化膜厚度均匀，Mises应力和等效塑性应变曲线会和
【图文】：
《热加工工艺》2016年10月第45卷第20期K1为15MPa·m1/2[5-6]。在几何模型中，基体金属与氧化膜建立为一体，在子模型中，则赋予不同的材料属性。镍基合金在高温高压水中应力腐蚀所形成的氧化膜厚度1～2μm[7-8]。本次研究取氧化膜厚度为2μm，试样的几何尺寸如图1（a）所示，裂尖氧化膜生长过程中由薄逐渐变厚，在本次分析中取厚度方向的3条观测线作为裂尖应力应变的取值点。在计算过程中，氧化膜厚度不均匀的模拟采用曲线逐渐逼近，裂纹宽度取2μm，氧化膜裂尖正前方取ρ为1、1.5、2μm时，形成3种厚度不均匀的氧化膜模型，如图1（b）所示。1.2材料模型假设SCC裂纹尖端金属（镍基合金）力学关系均符合Ramberg-Osgood关系：εε0=σσ0+ασσ0σσn式中：α为偏移系数；n为硬化指数；σ、ε分别为真实应力和真实应变；σ0、ε0分别为屈服应力和屈服应变。材料模型中镍基合金基体和氧化膜材料参数如表1所示。1.3网格模型有限元模型如图2所示，为平面变形模型，采用8节点2次平面应变单元。由于在氧化膜与镍基合金基体交界附近区域会出现大应力梯度，为提高计算精度，对裂尖区域的氧化膜与基体金属进行网格细化，以获得较为详细、准确的裂尖应力应变数据[11]。2计算结果及分析2.1镍基合金基体金属裂尖应力应变分布氧化膜裂尖正前方分别取ρ为1、1.5、2μm时，为更详细了解基体金属裂尖区域的应力应变变化规律，取不同曲率上在同一观测线-90°～90°各处应力应变曲线。镍基合金基体金属裂尖应力应变曲线如图3所示。可看出，基体金属在水平正前方θ角为0°处的Mises应力和等效塑性应变较小，在-80°～-60°和60°～80°范围内，Mises应力和等效塑性应变出现最大值，在此范?
力应变的取值点。在计算过程中，氧化膜厚度不均匀的模拟采用曲线逐渐逼近，裂纹宽度取2μm，氧化膜裂尖正前方取ρ为1、1.5、2μm时，形成3种厚度不均匀的氧化膜模型，如图1（b）所示。1.2材料模型假设SCC裂纹尖端金属（镍基合金）力学关系均符合Ramberg-Osgood关系：εε0=σσ0+ασσ0σσn式中：α为偏移系数；n为硬化指数；σ、ε分别为真实应力和真实应变；σ0、ε0分别为屈服应力和屈服应变。材料模型中镍基合金基体和氧化膜材料参数如表1所示。1.3网格模型有限元模型如图2所示，为平面变形模型，采用8节点2次平面应变单元。由于在氧化膜与镍基合金基体交界附近区域会出现大应力梯度，为提高计算精度，对裂尖区域的氧化膜与基体金属进行网格细化，以获得较为详细、准确的裂尖应力应变数据[11]。2计算结果及分析2.1镍基合金基体金属裂尖应力应变分布氧化膜裂尖正前方分别取ρ为1、1.5、2μm时，为更详细了解基体金属裂尖区域的应力应变变化规律，取不同曲率上在同一观测线-90°～90°各处应力应变曲线。镍基合金基体金属裂尖应力应变曲线如图3所示。可看出，，基体金属在水平正前方θ角为0°处的Mises应力和等效塑性应变较小，在-80°～-60°和60°～80°范围内，Mises应力和等效塑性应变出现最大值，在此范围内，基体金属更易产生裂纹。在-15°～15°内，氧化膜曲率越大，Mises应力和等效塑性应变越大。对于氧化膜裂尖正前方取ρ=1.5μm和ρ=2μm的两条曲线，其基体金属Mises应力和等效塑性应变趋势一致；在-90°～-15°和15°～90°内，氧化膜曲率越大，Mises应力和等效塑性应变越校对于氧化膜裂尖正前方取ρ=1μm的曲线，其氧化膜厚度均匀，Mises应力和等效塑性应变曲线会和
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8 王维娟,赵乃
本文编号：2586405
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