CN101881709A - 新型应力腐蚀试样及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型应力腐蚀试样及其试验方法，该试样为矩形平板形状，该板式试样用线切割方法一次切割成型。该方法包括以下步骤：步骤1、制备试样，以准备做应力腐蚀开裂测试恒位移变形拉伸应力腐蚀试验；步骤2、配制42％MgCl₂溶液和NaCl/NaOH混合溶液；步骤3、搭建好试验装置，将制备好的试样放入试验环境中做应力腐蚀试验，直至试样出现腐蚀裂纹；步骤4、取出试样进行金相观察，找出裂纹起始位置，做统计分析双相不锈钢应力腐蚀机理。本发明试样的加工非常方便，只要有板形试块就可以用线切割一次加工完成。

Description

新型应力腐蚀试样及试验方法

技术领域

本发明涉及应力腐蚀试验技术，特别是涉及一种应力腐蚀开裂试验的试验方法和试样。

背景技术

现有的应力腐蚀开裂的试验方法大体有以下几类：

(1)恒载荷下的应力腐蚀开裂试验 将拉伸试样2悬挂在用砝码3加载的拉伸试验机上，而拉伸试样必须浸没在密封的腐蚀介质环境箱1中。或者采用悬臂梁试样6，一头水平夹持在固定机架的夹头上，试样的被试部分被浸没在密封的腐蚀介质环境箱4中，而悬臂的另一端则再悬挂着砝码5加载。一般在这种悬臂梁试样的中央开有缺口7。这两种试样机试验的大致方法如图1所示。

其中圆棒拉伸的恒载荷应力腐蚀试验较合适测试应力腐蚀的临界应力σc。而悬臂梁试验除测试应力腐蚀敏感性外，也可测得应力腐蚀开裂的扩展速率da/dt。

至于加载方法，为了保持恒载荷则选用砝码是最简单最原始的。或者采用机械法(非油压缸)加载的也可以，而采用油压缸加载的试验机要保持恒载荷则必须配用测力传感器来控制油压泵。

(2)恒位移下的应力腐蚀开裂试验 加工好的试样先使其获得一定量的预变形(位移)，然后将该应变量(位移量)用卡夹具固定住，放入腐蚀环境中任其发生开裂和扩展，在试验的全过程中试样的变形(位移)始终被固定。这种应力发生的试验方法可以不需要任何试验机，不但可在实验室使用，也可以在现场做挂片试验，并且双方方便。这类恒位移应力腐蚀开裂试验的试样型式很多，例如C形环、U形、三点弯曲、四点弯曲(纯弯曲)、应力环等试样，试样现状如图.2所示。这类试样几乎都依弯曲所造成的应力使试样腐蚀应力腐蚀开裂，一般不预制裂纹或缺口，可以从开裂一直做到完全断裂。可以做敏感性试验，但无法做应力腐蚀裂纹扩展速率da/dt的测定。C形试样更多的用于直接从管材上取样制作。应力环试样也用于管材的应力腐蚀试验较多。

(3)WOL试样 如图3所示。这是由断裂力学的紧凑拉伸试样(CT试样)演变过来用于在腐蚀环境中测验应力腐蚀裂纹扩展速率da/dt和应力腐蚀开裂临界应力强度因子KISCC值的试样。试样的中间部位开有机械缺口和由此引发的预制疲劳裂纹，然后通过试样左上角的螺钉，向下拧紧，顶住下面的圆柱销而使裂纹张开。张开的程度由测定缺口的张开位移量而定，按标准尺寸的试样可以由缺口张开位移值来得知初始加载状态下的裂纹尖端的应力强度因子KI值。

(4)恒应变速率慢拉伸试验法 该法用特制的圆棒形拉伸试样或板形试样，两端夹持在特制的拉伸试验机上，试样外套上腐蚀介质的环境箱，加载时保持恒定而缓慢的应变速率。如果被试材料对此介质有应力腐蚀倾向，则会在持续不断的塑性应变变形过程中萌生应力腐蚀裂纹，并不断扩展，最好促使试样发生断裂。这种试验方法的特点主要是人为施加给试样连续的缓慢的塑性应变，并保持这个应变速率为恒定的。如果发生了应力腐蚀开裂，最终试样的断口为宏观的脆性断口，如果没有发生应力腐蚀开裂，则最终是在塑性应变相当大之后形成有明显颈缩的塑性断口。这种试验亦被简称为“慢拉伸”试验，并被认为是一种可靠的应力腐蚀开裂快速试验法，结果准确可靠，特别适合于实验室进行材料的快速筛选。[陆世英等.不锈钢应力腐蚀事故分析与耐应力腐蚀不锈钢[M].北京：原子能出版社，1985，127]现状已经形成标准的试验方法。[NACE标准]同时有人认为试验结果有足够的余量，即使试验结果认为有敏感性的金属或合金在实际使用中就不一定必然产生余粮腐蚀，而且凡是用慢应变速率法证明没有应力腐蚀敏感性的合金在实际使用中就不会产生应力腐蚀。[陆世英等.同上]不过实际并不完全如此，有些合金在特点环境中被证实是有应力腐蚀倾向的，但用慢应变速率法却做不出应力腐蚀断裂。这实际上应为有些应力腐蚀的过程进展非常缓慢的，用这种“慢应变速率”仍旧过快，使应力腐蚀失效的特征来不及表现出来。90年代国内用慢拉做过CF610钢母材在无水液氮中的应力腐蚀倾向性试验后看不到有应力腐蚀倾向，但CF610钢四点弯曲试样、U形试样做应力腐蚀挂片试验时，经两年多的挂片发现试样完全断裂了。这种试样方法所标榜的“块拉伸”实际上仍旧属于“快速试验法”，所得到的结果是定性(敏感或不敏感)，而即使是“敏感”，也得不到描述应力腐蚀开裂的特征参数KISCC及da/dt之值。此外这种试验方法还需要专门的且价格昂贵的拉伸试验机。

综上所述，上述四类应力腐蚀开裂的试验方法，有的虽然试验方法简单，仅适合做定性试验或现场挂片。有的虽然试样简单但需要昂贵复杂的试样机(例如慢拉伸试验)，最终结果也是定性的。而可以做KISCC及da/dt定量测试的WOL试样加工复杂，材料消耗量也较多，由于试样本身的结构特点，不适合做大应变条件或全面屈服条件下的应力腐蚀试验，这是这种试验方法的最大缺点。所以客观上需要设计出一种①形状简单、加工简单、结构小巧；②既便于实验室试验又可进行现场挂片试验；③既可定性也可定量测出KISCC及da/dt；④试验范围大，既可在弹性加载状态下，也可在塑性大应变加载条件下做应力腐蚀试验的新型试样和试验方法，所以在这一设想下提出一种全新的应力腐蚀试样。

发明内容

为克服上述已有技术的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种应力腐蚀开裂试验的试验方法和试样。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种新型应力腐蚀试样，该试样为矩形平板形状，该板式试样用线切割方法一次切割成型。

该试样长100mm，宽45mm，高5mm。

一种新型应力腐蚀试样的试验方法，包括以下步骤：

步骤1、制备试样，以准备做应力腐蚀开裂测试恒位移变形拉伸应力腐蚀试验；

步骤2、配制42％Mgcl2溶液和Nacl/NaOH混合溶液；

步骤3、搭建好试验装置，将制备好的试样放入试验环境中做应力腐蚀试验，直至试样出现腐蚀裂纹；

步骤4、取出试样进行金相观察，找出裂纹起始位置，做统计分析双相不锈钢应力腐蚀机理。

与现有技术相比，本发明新型应力腐蚀开裂试样具有明显的优点：

(1)试样的加工非常方便，只要有板形试块就可以用线切割一次加工完成；

(2)预加载方便，只要有拉伸试验机就可实施预加载，然后用预备好的垫块塞入中央的张开间隙就可完成固定位移的恒位移加载；

(3)恒位移的预加载量可以按预先设定任意施加，从弹性加载到塑性加载均可；

(4)试验中不需要任何复杂的试验机，也可方便的用于现场挂片试验；

(5)只需要将试样(一组)放入合适的环境箱，试验便自行进行，只要按预定的时间多次取出试样测定在读数显微镜上读取裂纹扩展的长度，并记录试验进行的时间即可。

附图说明

图1a是圆棒拉伸应力腐蚀开裂试验示意图。

图1b是矩形截面悬臂梁应力腐蚀开裂试验示意图。

图2几种恒位移加载的应力腐蚀开裂试验中的试样。

图2a是C型环试样；图2b是U型环试样；图2c是应力环试样；

图2d是三点弯曲试样；图2e是四点弯曲试样。

图3是WOL试样。

图4a是本发明应力腐蚀开裂测试恒位移变形拉伸新试样；

图4b是本发明试样加垫块以持恒位移加载示意图；

图4c是本发明试验方法使用到的垫片。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式做进一步详细的说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

本发明提出一种新的板式试样用线切割方法一次切割成型，然后在拉伸试验机上预加载，用位移传感器测控被试部分的预应变量。这个预应变量可以根据需要预先按试验要求设定。然后用特制的符合精度要求的垫块垫入特定位置。只要稍加卸载即可完成预加载，然后便可投入使用。使用中即使发生了应力腐蚀开裂，但预加载处的位移量始终可以保持不变，因此这种试样应属于恒应变型的应力腐蚀试样。

请参阅图4a、图4b、图4c。本发明新型应力腐蚀试样，包括试样主体部分也即矩形平板10，线切割部分9，垫块12和完成预加载后的垫块11。

如图4a～图4c所示，试样为矩形平板10形状：长100mm，宽45mm高5mm，将该板式试样用线切割方法一次切割成型，切割后形状尺寸详见图4a，然后在拉伸试验机上对试样沿长度方向进行预加载，用位移传感器或应变片测控被试部分的预应变量。这个预应变量可以根据需要预先按试验要求设定。然后用特制的符合精度要求的垫块12垫入特定位置，垫片尺寸如图4c长：13mm，宽：1mm，高：5mm。只要稍加卸载即可完成预加载，然后便可投入使用。使用中即使发生了应力腐蚀开裂，但预加载处的位移量始终可以保持不变，因此这种试样应属于恒应变型的应力腐蚀试样。

这种试样在预拉伸之后用垫块固定，试样卸载后垫块给予试样的作用力不至在线切割圆弧的尖端产生过大的拉伸应力，而应以压缩应力为主。一旦在试样主体部分形成应力腐蚀开裂之后，裂纹将在开裂处不断扩展。这种新试样的载荷是在预拉伸加载后塞进垫块，最后完全卸载载荷便可获得。多大的预拉伸载荷可以在中央线切割部位获得多大的轴向间隙，需要塞进多厚的垫块可以在卸载回弹后再通过各部分变形协调而获得有效的应力或应变以推动发生应力腐蚀裂纹的开裂和扩展。在扩展过程中试样主体的应力会发生松弛，应力强度因子值会下降，最终可能会停止扩展，从而得到应力腐蚀应力强度因子K_ISCC。下面以双相不锈钢为例说明其试验环境和试验步骤。其他的材料可以根据需要，其试验环境可以相应改变。

双相不锈钢的试验环境：

(1)42％沸腾Mgcl₂溶液    (2)沸腾Nacl/NaOH混合溶液

试验步骤：

(1)将若干试样制备成图4a形状，以准备做应力腐蚀开裂测试恒位移变形拉伸应力腐蚀试验。

(2)配制42％Mgcl₂溶液和Nacl/NaOH混合溶液。

(3)搭建好试验装置，将制备好的试样放入试验环境中做应力腐蚀试验，直至试样出现腐蚀裂纹。

(4)取出试样进行金相观察，找出裂纹起始位置，做统计分析双相不锈钢应力腐蚀机理。

本发明恒位移板形拉伸应力腐蚀试样可以具有以下的功能：

(1)应力腐蚀开裂敏感性试验；

(2)应力腐蚀开裂的临界应力σ_c测试；

(3)应力腐蚀裂纹扩展速率da/dt测试及da/dt-K_I及关系曲线；

(4)应力腐蚀裂纹的临界应力强度因子K_ISCC及K_I-t(时间)关系曲线。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围。任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围应当视权利要求书所界定范围为准。

Claims (3)

1.一种新型应力腐蚀试样，其特征在于该试样为矩形平板形状，该板式试样用线切割方法一次切割成型。

2.根据权利要求1所述的应力腐蚀试样，其特征在于该试样长100mm，宽45mm高5mm。

3.一种新型应力腐蚀试样的试验方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1、制备试样，以准备做应力腐蚀开裂测试恒位移变形拉伸应力腐蚀试验；

步骤2、配制42％Mgcl2溶液和Nacl/NaOH混合溶液；

步骤3、搭建好试验装置，将制备好的试样放入试验环境中做应力腐蚀试验，直至试样出现腐蚀裂纹；

步骤4、取出试样进行金相观察，找出裂纹起始位置，做统计分析双相不锈钢应力腐蚀机理。

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