基于断裂力学理论与分子动力学模拟的氢致开裂准则研究

发布时间：2022-01-05 13:03

　　氢致裂纹又称延迟裂纹,在工程上造成的失效案例,多年来一直都有报道,引起相关领域学者的持久关注。目前已经给出的含氢断裂准则,只是基于对单一材料试验结果的数据拟合,并没有给出足够的物理机制,更加没有广泛的适用性。本文基于断裂力学相关理论,针对试验结果给出新的含氢断裂失效准则,通过分子动力学模拟进行细节修正,拥有普遍的适用性及明确的物理机理,并且设计相关实验验证了该准则的合理性,对工程上控制氢致裂纹具有重要意义。首先,通过电化学充氢方法系统地研究了氢对钢铁材料的作用形式及规律。材料中的氢具有促进裂纹扩展的载荷作用和降低裂纹抗力的脆化作用,其中氢的载荷作用以裂纹内腔内残余氢的分子气压的形式体现。而扩散氢的脆化作用致使塑性变形能力降低,对应着延伸率和断面收缩率的降低以及断口形貌的韧脆转变。然而扩散氢对屈服强度和抗拉强度等强度指标则没有明显影响,即使在特殊条件下,试验过程中发生断裂强度下降的现象,也是由于形成的氢致裂纹对试样承载面积降低造成的,并非材料力学性能发生改变。因此,扩散氢对塑性变形能力的减弱是导致断裂韧性降低的主要原因。而塑性变形由于增加了氢陷阱密度导致充氢效果的增强,则会加剧氢损伤行为... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：150 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

Q235钢试样截面金相组织

- 18 -c) Before etching, 150 mA/cm2d) After etching, 150 mA/cm2图 2-3 Q235 钢充氢后截面金相照片Fig. 2-3 Metallographic structure of Q235 steel after hydrogen charged

b) Left part c) Middle part图 2-5 圆棒试样过量充氢后外观照片Fig.2-5 Appearance photos of the round bar after hydrogen charged excessively将产生鼓泡的圆棒试样沿着直径横向切开，镶制金相试样，打磨抛光，拍摄截面的金相组织照片，观察试样内部的裂纹位置及分布，如，试样近表面的周边处裂纹最多，而中心部分几乎不存在裂纹。这是部位在外表面，在近表面的部位形成氢的高浓度区，因此该处最先形纹，如此则进一步证明材料中的氢具有载荷的作用，并且这里的载荷纹内腔的氢压作用，作用方向为垂直于裂纹内表面向外。

【参考文献】：
期刊论文
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[2]断裂韧度CTOD评定技术的现状及应用[J]. 徐斌,颜银标.  材料导报. 2012(11)
[3]氢对GH690合金断裂韧性和断裂行为的影响[J]. 王富强,王磊,刘杨,王朋,封辉.  腐蚀科学与防护技术. 2010(05)
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[5]1500 MPa级40CrNi3MoV钢的氢脆敏感性[J]. 田野,王毛球,李金许,时捷,惠卫军,董瀚.  金属学报. 2008(04)
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[8]低合金高强钢氢致裂纹敏感性的研究[J]. 张文钺,広濑明夫.  金属科学与工艺. 1983(03)
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博士论文
[1]大型锻件氢脆损伤机理的研究[D]. 李杰.燕山大学 2016

硕士论文
[1]高强度非调质钢的氢脆敏感性研究[D]. 徐智宝.北京交通大学 2018
[2]高强度马氏体钢的氢致开裂特征研究[D]. 郭昀静.昆明理工大学 2012



本文编号：3570398