细观视域下大型锻件白点萌生及氢扩散行为研究
发布时间：2021-05-11 06:41
氢是钢中有害元素。氢的扩散和聚集不仅降低材料的力学性能,还会产生白点等缺陷。白点阻断金属基体的连贯性,导致金属零件的疲劳和突然断裂,具有很大的危害。如何有效预控白点萌生是目前亟待解决的问题。本文从细观的层面,着重研究细观视域下的白点萌生机理及大型锻件在热处理过程中的氢扩散问题。对于预控白点萌生,提高锻件质量具有重要的意义。为探明氢对材料损伤行为,本文采用电化学充氢的方式,通过不同充氢电流,充氢时间表征钢内氢含量,模拟钢中氢富集对Cr5钢的影响,探究了充氢后白点的扩展特征。研究结果表明,充氢后大量的氢聚集在试样表面产生鼓泡,伴有纵向裂纹沿鼓泡扩展。充氢后的试样断口韧窝明显变浅,表明充氢会显著降低试样韧性。针对多因素耦合条件下白点萌生特性,本文基于内聚力模型、氢压理论和应力作用下氢富集理论,建立了白点萌生扩展的多裂纹分析模型。研究了氢浓度、内聚力强度以及多裂纹等因素的影响。通过逐次循环的方式,确定了多因素影响条件下白点萌生的临界氢浓度及其变化趋势。同时本文针对影响白点萌生的多因素进行正交分析,确定了诱导白点萌生的主要因素。结果表明高浓度的氢聚集于裂纹端部,大大降低了钢的内聚力强度。大裂纹是...
【文章来源】：河南理工大学河南省
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题研究的目的以及意义
1.2 大锻件中的主要缺陷
1.3 钢中氢的主要来源
1.3.1 冶炼和浇注
1.3.2 酸洗和电镀
1.3.3 焊接
1.3.4 含氢环境中服役进入
1.4 钢中白点及其影响因素
1.4.1 钢中白点成因
1.4.2 白点萌生的影响因素
1.5 氢致裂纹的萌生机理
1.5.1 氢压理论
1.5.2 弱键理论
1.5.3 氢吸附降低表面能理论。
1.6 细观视域下钢中氢行为的国内外研究现状
1.7 本文研究内容
2 钢中氢行为
2.1 氢的扩散机制
2.1.1 物质浓度梯度下氢的扩散
2.1.2 应力诱导氢扩散
2.2 氢压计算模型
2.2.1 基于化学势平衡的氢压方程
2.2.2 考虑应力作用的陷阱内氢压方程
2.2.3 Kazinczy微孔隙氢压强度计算模型
2.3 氢对材料性能的影响
3 电化学充氢对Cr5 钢损伤行为研究
3.1 电化学充氢原理
3.2 实验方法与材料
3.3 结果讨论与分析
3.3.1 充氢后表面形貌分析
3.3.2 充氢后断口形貌分析
3.4 本章小结
4 基于内聚力模型的白点萌生及临界氢浓度研究
4.1 氢作用下内聚力模型
4.1.1 内聚力模型
4.1.2 氢的影响
4.1.3 钢内氢浓度与微孔隙氢压计算模型
4.1.4 应力对氢扩散的影响
4.2 分析模型
4.2.1 分析模型来源
4.2.2 边界条件及网格划分
4.2.3 材料属性
4.2.4 氢扩散与内聚力强度耦合及其计算流程
4.3 单裂纹白点萌生分析
4.4 多裂纹耦合对白点萌生的影响
4.5 基于多裂纹白点萌生因素的正交分析
4.6 本章小结
5 热处理过程中钢内捕获氢的激活与扩散行为研究
5.1 钢中氢行为
5.1.1 钢中氢扩散
5.1.2 陷阱内氢压
5.2 分析模型
5.3 结果分析与讨论
5.3.1 钢内组织结构对氢扩散的扩散
5.3.2 α-Fe中保温温度对氢扩散的影响
5.3.3 α-Fe中加热速率对氢扩散的影响
5.3.4 孔隙形态对氢扩散的影响
5.4 本章小结
6 结论与展望
参考文献
作者简历
学位论文数据集
【参考文献】：
期刊论文
[1]氢在双相不锈钢中的扩散模拟[J]. 陶平,王艳飞,巩建鸣,吴炜杰,梁涛. 上海交通大学学报. 2018(09)
[2]氢在低合金高强钢中的扩散系数研究[J]. 杨超飞,薛钢,代雪佳,王涛,牛继承. 材料开发与应用. 2018(04)
[3]TP80CQJ材料电化学充氢后力学性能研究[J]. 周芳,罗宏,刘凯,陈志刚,赵景浩,蒋勇. 热加工工艺. 2018(14)
[4]回火温度对系泊链钢氢扩散行为的影响[J]. 苏令超,程晓英,张诗洋. 热加工工艺. 2018(08)
[5]阴极充氢对1000 MPa级高强钢氢脆敏感性的影响[J]. 郭建章,高心心,张海兵. 热加工工艺. 2017(22)
[6]汽车用590MPa级别双相钢氢致延迟开裂行为的研究[J]. 谢春乾,韩赟,邝霜. 热加工工艺. 2017(20)
[7]电化学充氢条件下氢对X80级管线钢力学性能的影响[J]. 段琳娜,陈健,汪兵,苏航,陈晓玲,潘涛. 金属热处理. 2017(06)
[8]大型锻件中氢扩散的研究[J]. 谭天宇,杜凤山,李杰,吴硕,冯岩峰. 塑性工程学报. 2017(01)
[9]钢中白点的微观形貌及其与夹杂物和偏析的关系[J]. 郭立波,李朋,高延庆. 理化检验(物理分册). 2016(11)
[10]金属薄板的氢扩散试验[J]. 李杰,杜凤山,梁阳,吴硕,谭天宇. 钢铁. 2016(09)
博士论文
[1]大型锻件白点萌生机理及预控研究[D]. 范俊锴.燕山大学 2013
硕士论文
[1]加氢站高压氢系统工艺参数研究[D]. 李磊.浙江大学 2007
本文编号：3180928
【文章来源】：河南理工大学河南省
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题研究的目的以及意义
1.2 大锻件中的主要缺陷
1.3 钢中氢的主要来源
1.3.1 冶炼和浇注
1.3.2 酸洗和电镀
1.3.3 焊接
1.3.4 含氢环境中服役进入
1.4 钢中白点及其影响因素
1.4.1 钢中白点成因
1.4.2 白点萌生的影响因素
1.5 氢致裂纹的萌生机理
1.5.1 氢压理论
1.5.2 弱键理论
1.5.3 氢吸附降低表面能理论。
1.6 细观视域下钢中氢行为的国内外研究现状
1.7 本文研究内容
2 钢中氢行为
2.1 氢的扩散机制
2.1.1 物质浓度梯度下氢的扩散
2.1.2 应力诱导氢扩散
2.2 氢压计算模型
2.2.1 基于化学势平衡的氢压方程
2.2.2 考虑应力作用的陷阱内氢压方程
2.2.3 Kazinczy微孔隙氢压强度计算模型
2.3 氢对材料性能的影响
3 电化学充氢对Cr5 钢损伤行为研究
3.1 电化学充氢原理
3.2 实验方法与材料
3.3 结果讨论与分析
3.3.1 充氢后表面形貌分析
3.3.2 充氢后断口形貌分析
3.4 本章小结
4 基于内聚力模型的白点萌生及临界氢浓度研究
4.1 氢作用下内聚力模型
4.1.1 内聚力模型
4.1.2 氢的影响
4.1.3 钢内氢浓度与微孔隙氢压计算模型
4.1.4 应力对氢扩散的影响
4.2 分析模型
4.2.1 分析模型来源
4.2.2 边界条件及网格划分
4.2.3 材料属性
4.2.4 氢扩散与内聚力强度耦合及其计算流程
4.3 单裂纹白点萌生分析
4.4 多裂纹耦合对白点萌生的影响
4.5 基于多裂纹白点萌生因素的正交分析
4.6 本章小结
5 热处理过程中钢内捕获氢的激活与扩散行为研究
5.1 钢中氢行为
5.1.1 钢中氢扩散
5.1.2 陷阱内氢压
5.2 分析模型
5.3 结果分析与讨论
5.3.1 钢内组织结构对氢扩散的扩散
5.3.2 α-Fe中保温温度对氢扩散的影响
5.3.3 α-Fe中加热速率对氢扩散的影响
5.3.4 孔隙形态对氢扩散的影响
5.4 本章小结
6 结论与展望
参考文献
作者简历
学位论文数据集
【参考文献】：
期刊论文
[1]氢在双相不锈钢中的扩散模拟[J]. 陶平,王艳飞,巩建鸣,吴炜杰,梁涛. 上海交通大学学报. 2018(09)
[2]氢在低合金高强钢中的扩散系数研究[J]. 杨超飞,薛钢,代雪佳,王涛,牛继承. 材料开发与应用. 2018(04)
[3]TP80CQJ材料电化学充氢后力学性能研究[J]. 周芳,罗宏,刘凯,陈志刚,赵景浩,蒋勇. 热加工工艺. 2018(14)
[4]回火温度对系泊链钢氢扩散行为的影响[J]. 苏令超,程晓英,张诗洋. 热加工工艺. 2018(08)
[5]阴极充氢对1000 MPa级高强钢氢脆敏感性的影响[J]. 郭建章,高心心,张海兵. 热加工工艺. 2017(22)
[6]汽车用590MPa级别双相钢氢致延迟开裂行为的研究[J]. 谢春乾,韩赟,邝霜. 热加工工艺. 2017(20)
[7]电化学充氢条件下氢对X80级管线钢力学性能的影响[J]. 段琳娜,陈健,汪兵,苏航,陈晓玲,潘涛. 金属热处理. 2017(06)
[8]大型锻件中氢扩散的研究[J]. 谭天宇,杜凤山,李杰,吴硕,冯岩峰. 塑性工程学报. 2017(01)
[9]钢中白点的微观形貌及其与夹杂物和偏析的关系[J]. 郭立波,李朋,高延庆. 理化检验(物理分册). 2016(11)
[10]金属薄板的氢扩散试验[J]. 李杰,杜凤山,梁阳,吴硕,谭天宇. 钢铁. 2016(09)
博士论文
[1]大型锻件白点萌生机理及预控研究[D]. 范俊锴.燕山大学 2013
硕士论文
[1]加氢站高压氢系统工艺参数研究[D]. 李磊.浙江大学 2007
本文编号：3180928
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/3180928.html
