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应力腐蚀试验

/stress corrosion cracking test/
条目作者巩建鸣

巩建鸣

最后更新 2023-11-16
浏览 190
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使试样同时受到拉应力和腐蚀介质的作用,通过对裂纹发生与否、裂纹的形态、数量和扩展速度、断裂时间、断口形貌等的分析,获得材料的抗应力腐蚀性能。

英文名称
stress corrosion cracking test
所属学科
机械工程

应力腐蚀试验根据试验地点和环境,可分为现场试验、实验室模拟试验和实验室加速试验。

① 比较不同金属材料的SCC敏感性。② 通过对合金的化学组成、显微结构以及热处理等影响SCC敏感性的研究,发展耐SCC新合金。③ 评价各种防护技术(如缓蚀剂和电化学保护等)。④ 研究SCC机理。⑤ 进行安全评价和寿命评估等。

一般分为光滑试样、缺口试样和预制裂纹试样。

光滑试样主要有以下类型。

如图1所示。可以利用恒载荷、恒应变或增应变设备,对试样定量加载应力。

图1 拉伸试样图1 拉伸试样

如图2所示,由均匀厚度的矩形横截面材料制成。可分为两点弯试样、三点弯试样、四点弯试样、双弯梁试样、恒矩梁试样。

图2 弯梁试样图2 弯梁试样

两点弯试样的结构简单,但应力计算复杂。可采用下式近似计算最大拉应力

…(1)

式中为试样长度,为两支点间的距离,为试样厚度,为弹性模量,常数K=1.28。

三点弯试样的结构较简单,特别适合于厚而硬的材料。最大拉应力在试样中央支点外侧:

…(2)

式中为两外支点间距,为试样最大挠度。

四点弯试样的最大应力在两个内支点之间;由内支点到外支点,应力逐渐下降到零。试样外侧中部的弹性应力可按下式计算:

…(3)

式中为内外支点间的距离,其余符号同前式。

双弯梁试样的最大应力在与垫块接触的两支撑点之间。从垫块的接触点至试样端点,应力线性地降至零。外侧表面中部的最大弹性应力可按下式计算:

…(4)

式中为垫块厚度,为垫块长度。

恒矩梁试样如图3所示。试样两端之间存在一个恒定的力矩,沿试样长度方向产生相同的应力。试样外侧面上的弹性力可按下式计算:

…(5)

式中支架内侧面之间的距离,支架内侧面之间的最大挠度。   

图3 恒矩梁试样图3 恒矩梁试样

如图4所示,C环试样分别在环内或外侧产生拉应力。

图4  C形试样图4  C形试样

加力的C环试样中存在周向应力和横向应力,可用下式计算:

…(6)

…(7)

式中为泊松比;为周向应变;为切向应变。

包含弹性变形和塑性变形(见图5)。

图5  U形试样图5  U形试样

当其厚度比弯曲半径小时,外表面上的总应变可按下式近似计算。

…(8)

如图6所示,将被测材料加工成圆环,将一个直径大于其内径的塞子塞入环中造成应力,塞子直径由所需应力预先确定。

图6  O形试样图6  O形试样

如图7所示,用螺栓压紧两叉的端部以施加应力。

图7 音叉试样图7 音叉试样

图8所示为带焊缝SCC试样。

图8 残余应力试样图8 残余应力试样

缺口试样是模拟金属材料中宏观裂纹和各种加工缺口效应(见图9),具有孕育期短、重现性好以及SCC限定于缺口区内和可测得裂纹扩展速率等优点。

图9 缺口试样图9 缺口试样

预制裂纹SCC试样是预开机械缺口并经疲劳处理产生裂纹,可以获得以及允许的最大缺陷尺寸。按值随裂纹扩展的变化,可分为增型、降型和恒型试样,典型如图10~图14所示。

图10 恒载荷增K试样图10 恒载荷增K试样

图11 曲线棱边的恒K试样图11 曲线棱边的恒K试样

图12 直线棱边的恒K试样图12 直线棱边的恒K试样

图13 改进的WOL试样(恒位移降K)图13 改进的WOL试样(恒位移降K)

图14 双悬臂梁试样(恒位移降K)图14 双悬臂梁试样(恒位移降K)

主要分为恒载荷、恒变形加载、慢应变速率加载。

利用弹簧、力矩和砝码等对试样施加一定的载荷,常用于模拟工程构件可能受到的工作应力和加工应力,可精确地测出最初应力值,但随着腐蚀和裂纹的产生,试样有效截面积减少,应力随之增大。

使试样塑性变形达到预定形态,可用于模拟工程构件中的加工制造应力状态。当裂纹产生后会引起应力松弛,使裂纹发展变慢或终止,可能观察不到试样完全断裂。

以恒定的缓慢应变速率(10-4~10-8-1)拉伸试样,直至断裂,可获得很多断裂信息,能准确、快速、定量地测定材料的SCC敏感性。

主要分为实际服役环境和实验室环境,前者主要包括海水、海洋大气、工业大气和工厂流体介质等,后者主要包括含氯化物的介质、高温高压纯水、碱溶液、连多硫酸溶液、含氨环境、含硫化氢(物)环境等。

主要包含ISO 7539系列、ISO 6957、ISO 9591、ISO 15324、ASTMG123、GB/T 15970系列、GB/T 12445系列等。

  • 吴荫顺,,方智,曹备,等.腐蚀试验方法与防腐蚀检测技术.北京:化学工业出版社,1996.
  • 李久青,杜翠薇.腐蚀试验方法及监测技术.北京:中国石化出版社,2007.

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