氢致TA10钛合金焊接接头断裂韧度演变研究
发布时间：2021-03-04 21:52
钛合金焊接件在氢环境中服役面临着氢脆断裂风险,断裂韧度对钛合金损伤容限设计至关重要。研究充氢量对钛合金焊接接头断裂韧度、断口形貌和断裂方式的影响,揭示了固溶氢、氢化物导致焊接接头断裂韧度演变的微观机理。充氢0～0.21wt.%CT试样断裂韧度KQ值由39.6MPa·m1/2减小到22.1MPa·m1/2,扩展区断口形貌由大量韧窝+局部少量脆性断裂转为脆性断裂,氢致断裂韧度损失和脆性断裂加剧。应力诱导氢扩散使固溶氢局部富集形成富氢气团,气团存在内压剪切分量使产生局部塑性变形所需外应力下降,焊接接头表观屈服应力下降,促进微裂纹在低KI下孕育。位错运动无法直接切过大尺寸氢化物,位错塞积在氢化物界面处,致局部应力集中,微裂纹在氢化物界面处孕育;同时氢化物为软基体金属中的一种脆性相,应力集中致其产生高应变,氢化物自身断裂,微裂纹在氢化物内部孕育;固溶氢、氢化物均致焊接接头加速开裂。
【文章来源】：机械工程学报. 2020,56(16)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
CT试样低倍断口形貌
月2020年8月刘全明等：氢致TA10钛合金焊接接头断裂韧度演变研究57图4不同充氢量CT试样断口预裂区形貌图5不同充氢量CT试样断口扩展区形貌4氢致断裂韧度演变机理低氢焊接接头中含有固溶氢，CT试样在循环加载条件下产生应力梯度，应力诱导氢扩散致固溶氢发生局部富集；氢致弱键、氢致表面能下降和氢致局部塑性变形理论研究表明：固溶氢致焊接接头加速开裂。高氢焊接接头中析出氢化物，在小应力作用下，氢化物自身断裂或沿基体界面开裂，促进微裂纹形成，加速焊接接头开裂。断裂韧度表征材料抵抗裂纹扩展能力，氢致焊接接头断裂韧度下降表观原因为氢加速焊接接头开裂，其本质为氢致开裂所需应力强度因子KI持续下降。本节借助氢致表观屈服强度下降和微裂纹孕育位错塞积理论，探讨固溶氢、氢化物致焊接接头断裂韧度演变微观机理。4.1氢致表观屈服强度下降理论氢致局部塑性变形理论[18]研究表明：任何断裂过程均为局部塑性变形发展至临界状态的必然结果。高氢焊接接头断口呈脆性沿晶断裂形貌，微裂纹萌生、扩展以位错运动(局部塑性变形)为先决条件，沿晶裂纹扩展与局部塑性变形关系密切。微裂纹扩展阻力主要源自裂纹扩展前端塑性变形功UP，如式(1)所示[19]，临界应力场强度因子*ICK与1/2PU呈正比，局部塑性变形范围和程度越小，UP越小，则*ICK越校在氢致开裂过程，应力强度因子KI较高时，断口为韧窝断裂；KI较低时，断口转为准解理或沿晶断裂。氢致焊接接头氢脆敏感性提升，微裂纹萌生所需应力强度因子KI持续下降，若KI明显下降，断口由韧性转为脆性断裂。断口呈韧窝或脆性断裂，主要区别在于开裂前局部塑性变形范围和程度存在?
月2020年8月刘全明等：氢致TA10钛合金焊接接头断裂韧度演变研究57图4不同充氢量CT试样断口预裂区形貌图5不同充氢量CT试样断口扩展区形貌4氢致断裂韧度演变机理低氢焊接接头中含有固溶氢，CT试样在循环加载条件下产生应力梯度，应力诱导氢扩散致固溶氢发生局部富集；氢致弱键、氢致表面能下降和氢致局部塑性变形理论研究表明：固溶氢致焊接接头加速开裂。高氢焊接接头中析出氢化物，在小应力作用下，氢化物自身断裂或沿基体界面开裂，促进微裂纹形成，加速焊接接头开裂。断裂韧度表征材料抵抗裂纹扩展能力，氢致焊接接头断裂韧度下降表观原因为氢加速焊接接头开裂，其本质为氢致开裂所需应力强度因子KI持续下降。本节借助氢致表观屈服强度下降和微裂纹孕育位错塞积理论，探讨固溶氢、氢化物致焊接接头断裂韧度演变微观机理。4.1氢致表观屈服强度下降理论氢致局部塑性变形理论[18]研究表明：任何断裂过程均为局部塑性变形发展至临界状态的必然结果。高氢焊接接头断口呈脆性沿晶断裂形貌，微裂纹萌生、扩展以位错运动(局部塑性变形)为先决条件，沿晶裂纹扩展与局部塑性变形关系密切。微裂纹扩展阻力主要源自裂纹扩展前端塑性变形功UP，如式(1)所示[19]，临界应力场强度因子*ICK与1/2PU呈正比，局部塑性变形范围和程度越小，UP越小，则*ICK越校在氢致开裂过程，应力强度因子KI较高时，断口为韧窝断裂；KI较低时，断口转为准解理或沿晶断裂。氢致焊接接头氢脆敏感性提升，微裂纹萌生所需应力强度因子KI持续下降，若KI明显下降，断口由韧性转为脆性断裂。断口呈韧窝或脆性断裂，主要区别在于开裂前局部塑性变形范围和程度存在?
【参考文献】：
期刊论文
[1]含轴向对称裂纹锆合金包壳管断裂行为[J]. 刘肖,王理,包陈,王恺晴,赵宇翔,王浩,徐祺. 机械工程学报. 2019(16)
[2]退火态ZTi6Al4V铸造钛合金的断裂韧度研究[J]. 党宁,赵嘉琪,南海,吴国清. 航空材料学报. 2012(04)
[3]TC4ELI合金的断裂韧性试验研究[J]. 张亚军,吕逸帆. 材料开发与应用. 2012(02)
[4]热处理工艺对TB10钛合金动态断裂韧性的影响[J]. 刘睿,惠松骁,叶文君,熊柏青,于洋,付艳艳. 稀有金属. 2010(04)
[5]基于可靠性的集装箱起重机疲劳裂纹扩展控制[J]. 董良才,宓为建. 中国工程机械学报. 2007(04)
[6]TA15钛合金两类组织对疲劳性能和断裂韧度的影响[J]. 张庆玲,李兴无. 材料工程. 2007(07)
本文编号：3063983
【文章来源】：机械工程学报. 2020,56(16)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
CT试样低倍断口形貌
月2020年8月刘全明等：氢致TA10钛合金焊接接头断裂韧度演变研究57图4不同充氢量CT试样断口预裂区形貌图5不同充氢量CT试样断口扩展区形貌4氢致断裂韧度演变机理低氢焊接接头中含有固溶氢，CT试样在循环加载条件下产生应力梯度，应力诱导氢扩散致固溶氢发生局部富集；氢致弱键、氢致表面能下降和氢致局部塑性变形理论研究表明：固溶氢致焊接接头加速开裂。高氢焊接接头中析出氢化物，在小应力作用下，氢化物自身断裂或沿基体界面开裂，促进微裂纹形成，加速焊接接头开裂。断裂韧度表征材料抵抗裂纹扩展能力，氢致焊接接头断裂韧度下降表观原因为氢加速焊接接头开裂，其本质为氢致开裂所需应力强度因子KI持续下降。本节借助氢致表观屈服强度下降和微裂纹孕育位错塞积理论，探讨固溶氢、氢化物致焊接接头断裂韧度演变微观机理。4.1氢致表观屈服强度下降理论氢致局部塑性变形理论[18]研究表明：任何断裂过程均为局部塑性变形发展至临界状态的必然结果。高氢焊接接头断口呈脆性沿晶断裂形貌，微裂纹萌生、扩展以位错运动(局部塑性变形)为先决条件，沿晶裂纹扩展与局部塑性变形关系密切。微裂纹扩展阻力主要源自裂纹扩展前端塑性变形功UP，如式(1)所示[19]，临界应力场强度因子*ICK与1/2PU呈正比，局部塑性变形范围和程度越小，UP越小，则*ICK越校在氢致开裂过程，应力强度因子KI较高时，断口为韧窝断裂；KI较低时，断口转为准解理或沿晶断裂。氢致焊接接头氢脆敏感性提升，微裂纹萌生所需应力强度因子KI持续下降，若KI明显下降，断口由韧性转为脆性断裂。断口呈韧窝或脆性断裂，主要区别在于开裂前局部塑性变形范围和程度存在?
月2020年8月刘全明等：氢致TA10钛合金焊接接头断裂韧度演变研究57图4不同充氢量CT试样断口预裂区形貌图5不同充氢量CT试样断口扩展区形貌4氢致断裂韧度演变机理低氢焊接接头中含有固溶氢，CT试样在循环加载条件下产生应力梯度，应力诱导氢扩散致固溶氢发生局部富集；氢致弱键、氢致表面能下降和氢致局部塑性变形理论研究表明：固溶氢致焊接接头加速开裂。高氢焊接接头中析出氢化物，在小应力作用下，氢化物自身断裂或沿基体界面开裂，促进微裂纹形成，加速焊接接头开裂。断裂韧度表征材料抵抗裂纹扩展能力，氢致焊接接头断裂韧度下降表观原因为氢加速焊接接头开裂，其本质为氢致开裂所需应力强度因子KI持续下降。本节借助氢致表观屈服强度下降和微裂纹孕育位错塞积理论，探讨固溶氢、氢化物致焊接接头断裂韧度演变微观机理。4.1氢致表观屈服强度下降理论氢致局部塑性变形理论[18]研究表明：任何断裂过程均为局部塑性变形发展至临界状态的必然结果。高氢焊接接头断口呈脆性沿晶断裂形貌，微裂纹萌生、扩展以位错运动(局部塑性变形)为先决条件，沿晶裂纹扩展与局部塑性变形关系密切。微裂纹扩展阻力主要源自裂纹扩展前端塑性变形功UP，如式(1)所示[19]，临界应力场强度因子*ICK与1/2PU呈正比，局部塑性变形范围和程度越小，UP越小，则*ICK越校在氢致开裂过程，应力强度因子KI较高时，断口为韧窝断裂；KI较低时，断口转为准解理或沿晶断裂。氢致焊接接头氢脆敏感性提升，微裂纹萌生所需应力强度因子KI持续下降，若KI明显下降，断口由韧性转为脆性断裂。断口呈韧窝或脆性断裂，主要区别在于开裂前局部塑性变形范围和程度存在?
【参考文献】：
期刊论文
[1]含轴向对称裂纹锆合金包壳管断裂行为[J]. 刘肖,王理,包陈,王恺晴,赵宇翔,王浩,徐祺. 机械工程学报. 2019(16)
[2]退火态ZTi6Al4V铸造钛合金的断裂韧度研究[J]. 党宁,赵嘉琪,南海,吴国清. 航空材料学报. 2012(04)
[3]TC4ELI合金的断裂韧性试验研究[J]. 张亚军,吕逸帆. 材料开发与应用. 2012(02)
[4]热处理工艺对TB10钛合金动态断裂韧性的影响[J]. 刘睿,惠松骁,叶文君,熊柏青,于洋,付艳艳. 稀有金属. 2010(04)
[5]基于可靠性的集装箱起重机疲劳裂纹扩展控制[J]. 董良才,宓为建. 中国工程机械学报. 2007(04)
[6]TA15钛合金两类组织对疲劳性能和断裂韧度的影响[J]. 张庆玲,李兴无. 材料工程. 2007(07)
本文编号：3063983
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jinshugongy/3063983.html
教材专著
