CN102288537B - Ly12cz铝合金材料腐蚀损伤分级量化方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于金属材料腐蚀损伤评估技术，涉及一种LY12CZ铝合金材料腐蚀损伤分级量化方法。量化分级的步骤如下：进行LY12CZ铝合金的剥蚀试验;对腐蚀后试件的按照HB 5455-90给出的腐蚀等级标准进行分级;利用金相法测量腐蚀后试件的腐蚀深度d;对预腐蚀后的试件进行疲劳试验;计算预腐蚀后试件的腐蚀损伤程度D_i;计算每个时间档预腐蚀试件的疲劳寿命损失率η_i；确定腐蚀损伤量化分级、腐蚀损伤程度D_i与疲劳寿命损失率η_i三者的关系。本发明能准确地对LY12CZ铝合金材料的腐蚀损伤进行分级，并根据腐蚀损伤的级别对LY12CZ铝合金材料的疲劳寿命的变化情况做出判断。

Description

LY12CZ铝合金材料腐蚀损伤分级量化方法

技术领域

本发明属于金属材料腐蚀损伤评估技术，涉及一种LY12CZ铝合金材料腐蚀损伤分级量化方法。

背景技术

金属材料腐蚀后产生损伤，将影响金属材料的疲劳寿命，航标HB 5455-90给出了铝合金材料腐蚀等级标准。当铝合金材料腐蚀后，根据航标HB 5455-90判定腐蚀等级，以便针对腐蚀等级采取相应的处理措施。航标HB 5455-90铝合金材料腐蚀等级标准的缺点是：第一、航标HB 5455-90对每个腐蚀等级的分级主要依据腐蚀现象进行定性判断，无量化数据标准，工程适用性较差。第二、航标HB 5455-90的腐蚀等级与疲劳寿命不直接相关，根据该腐蚀等级不能对疲劳寿命的变化情况做出判断。

发明内容

本发明的目的是：提出一种LY12CZ铝合金材料腐蚀损伤分级量化方法，以便准确地对LY12CZ铝合金材料的腐蚀损伤进行分级，并对LY12CZ铝合金材料的疲劳寿命的变化情况做出判断。

本发明的技术解决方案是：LY12CZ铝合金材料腐蚀损伤分级量化方法，参照HB 5455-90给出的铝合金材料腐蚀损伤分级进行量化，其特征在于，根据不同腐蚀损伤对结构疲劳寿命的影响对LY12CZ铝合金材料的腐蚀等级进行量化处理，量化分级的步骤如下：

1、进行LY12CZ铝合金的剥蚀试验：首先在EXCO剥蚀溶液中对LY12CZ铝合金试件进行不同时间下的预腐蚀试验，预腐蚀时间分为：0小时、12小时、24小时、48小时、96小时和144小时6档，0小时时间档试件数量为7个，其余每个时间档进行预腐蚀试验的试件数量为12～15个，预腐蚀后取出进行清洗和干燥；

2、对腐蚀后试件的按照HB 5455-90给出的腐蚀等级标准进行分级；

3、利用金相法测量腐蚀后试件的腐蚀深度d：从每个时间档的预腐蚀试件中取出5个利用金相法进行测量，试验时先对试件表面进行初步观测，将试件可能的最大腐蚀深度部位制成金相试样，测量金相试样腐蚀处的剩余厚度h，则腐蚀深度d为：

d＝h₀-h……………………………………………………………[1]

式中：h₀为试件未腐蚀时的厚度；

每个试件测量的腐蚀深度值为5～7个，将除0小时以外的每个时间档所有试件的腐蚀深度测量数据按照正态分布求其均值，并将该均值作为该时间档试件的腐蚀深度d_i，i=1，2，……，6；其中，0小时时间档的腐蚀深度d1为零；

4、对预腐蚀后的试件进行疲劳试验：从每个时间档的预腐蚀试件中取出7个进行疲劳试验，得到7个疲劳寿命数值，然后对上述7个疲劳寿命数值按照对数正态分布求其均值lgN_i：

$\lg N_i=\underset{j=1}{\overset{7}{\mathrm{\Σ}}}\lg N_{\mathrm{ij}}\·\·\·\·\·\·\left[2\right]$

式中，N_ij为第i个预腐蚀时间档下第j个试件的疲劳寿命；

并由式2求得每个预腐蚀时间档下的疲劳寿命值Ni；

5、计算预腐蚀后试件的腐蚀损伤程度D_i：

$D_i=\frac{d_i}{h_0}\·\·\·\·\·\·\left[3\right]$

6、计算每个时间档预腐蚀试件的疲劳寿命损失率η_i：

${\mathrm{\η}}_i=1-\frac{N_i}{N_0}\·\·\·\·\·\·\left[4\right]$

式中，N₀是预腐蚀时间为0小时试件的疲劳寿命；

7、确定腐蚀损伤量化分级、腐蚀损伤程度D_i与疲劳寿命损失率η_i三者的关系如下：

HB 5455-90腐蚀分级的第一级的腐蚀损伤程度为D₁，疲劳寿命损失率为η₁；HB 5455-90腐蚀分级的第二级的腐蚀损伤程度为D₂，疲劳寿命损失率为η₂；依次类推，HB 5455-90腐蚀分级的第六级的腐蚀损伤程度为D₆，疲劳寿命损失率为η₆。

本发明的优点是：给出了一种LY12CZ铝合金材料腐蚀损伤分级量化方法，能准确地对LY12CZ铝合金材料的腐蚀损伤进行分级，并根据腐蚀损伤的级别对LY12CZ铝合金材料的疲劳寿命的变化情况做出判断。

具体实施方式

下面对本发明做进一步详细说明。LY12CZ铝合金材料腐蚀损伤分级量化方法，参照HB 5455-90给出的铝合金材料腐蚀损伤分级进行量化，其特征在于，根据不同腐蚀损伤对结构疲劳寿命的影响对LY12CZ铝合金材料的腐蚀等级进行量化处理，量化分级的步骤如下：

1、进行LY12CZ铝合金的剥蚀试验：首先在EXCO剥蚀溶液中对LY12CZ铝合金试件进行不同时间下的预腐蚀试验，预腐蚀时间分为：0小时、12小时、24小时、48小时、96小时和144小时6档，0小时时间档试件数量为7个，其余每个时间档进行预腐蚀试验的试件数量为12～15个，预腐蚀后取出进行清洗和干燥；

2、对腐蚀后试件的按照HB 5455-90给出的腐蚀等级标准进行分级；

3、利用金相法测量腐蚀后试件的腐蚀深度d：从每个时间档的预腐蚀试件中取出5个利用金相法进行测量，试验时先对试件表面进行初步观测，将试件可能的最大腐蚀深度部位制成金相试样，测量金相试样腐蚀处的剩余厚度h，则腐蚀深度d为：

d＝h₀-h……………………………………………………………[1]

式中：h₀为试件未腐蚀时的厚度；

每个试件测量的腐蚀深度值为5～7个，将除0小时以外的每个时间档所有试件的腐蚀深度测量数据按照正态分布求其均值，并将该均值作为该时间档试件的腐蚀深度d_i，i=1，2，……，6；其中，0小时时间档的腐蚀深度d1为零；

4、对预腐蚀后的试件进行疲劳试验：从每个时间档的预腐蚀试件中取出7个进行疲劳试验，得到7个疲劳寿命数值，然后对上述7个疲劳寿命数值按照对数正态分布求其均值lgN_i：

$\lg N_i=\underset{j=1}{\overset{7}{\mathrm{\Σ}}}\lg N_{\mathrm{ij}}\·\·\·\·\·\·\left[2\right]$

式中，N_ij为第i个预腐蚀时间档下第j个试件的疲劳寿命；

并由式2求得每个预腐蚀时间档下的疲劳寿命值Ni；

5、计算预腐蚀后试件的腐蚀损伤程度D_i：

$D_i=\frac{d_i}{h_0}\·\·\·\·\·\·\left[3\right]$

6、计算每个时间档预腐蚀试件的疲劳寿命损失率η_i：

${\mathrm{\η}}_i=1-\frac{N_i}{N_0}\·\·\·\·\·\·\left[4\right]$

式中，N₀是预腐蚀时间为0小时试件的疲劳寿命；

7、确定腐蚀损伤量化分级、腐蚀损伤程度D_i与疲劳寿命损失率η_i三者的关系如下：

HB 5455-90腐蚀分级的第一级的腐蚀损伤程度为D₁，疲劳寿命损失率为η₁；HB 5455-90腐蚀分级的第二级的腐蚀损伤程度为D₂，疲劳寿命损失率为η₂；依次类推，HB 5455-90腐蚀分级的第六级的腐蚀损伤程度为_D6，疲劳寿命损失率为η₆。

本发明的使用方法是：工程应用时，首先依据铝合金的腐蚀损伤状况，按照HB 5455-90确定其对应的腐蚀等级，然后通过本文建立的腐蚀等级与腐蚀损伤程度和疲劳寿命损失率的关系，对结构的腐蚀损伤和疲劳寿命进行判定。

实施例1

由LY12CZ铝合金制成的试件，在EXCO溶液中腐蚀不同时间后，按照HB5455-90的分级标准，分级如下：

腐蚀状况	腐蚀等级
		试件颜色变暗，表面变粗糙	N
试件表面粗糙不平，出现少量蚀点	P
		试件表面出现黑色粉末状物质	EA
试件呈颗粒状，黑色物质增多	EB
		试件呈黑色，开始出现剥落	EC
试件严重变黑，试件表面大面积剥落	ED

通过对不同预腐蚀时间后试件腐蚀深度的测量，并计算腐蚀损伤程度，结果见下表：

腐蚀等级	腐蚀损伤程度D
		N	0
P	5.3%
		EA	8.3%
EB	9.7%
		EC	11.1%
ED	16.4%

通过对不同预腐蚀时间后试件的疲劳寿命试验，并计算疲劳寿命损失率，结果见下表：

腐蚀等级	疲劳寿命损失率η
		N	0
P	2.8%

EA	4.6%
		EB	12.7%
EC	20.8%
		ED	26.4%

实施例2

某飞机翼梁模拟试件为LC4CS，厚度为20mm，经不同时间的预腐蚀后腐蚀深度测量结果和疲劳试验结果如下：

腐蚀时间(h)	腐蚀深度(mm)	飞行小时
			0	0	8685
30	1.26	7976
			60	1.86	7591
90	2.34	7456
			120	2.74	6883
180	3.46	6348

计算各腐蚀时间下的腐蚀损伤程度D：

腐蚀时间(h)	腐蚀损伤程度%
		0	0%
30	6.3%
		60	9.3%
90	11.7%
		120	13.7%
180	17.3%

由于两种材料均为高强度铝合金，故可将本文LY12CZ腐蚀损伤程度与腐蚀时间的关系近似用于翼梁模拟试件，依据本文量化分级方法，则对其寿命下降率预测如下：

Claims (1)

1.LY12CZ铝合金材料腐蚀损伤分级量化方法，参照HB 5455-90给出的铝合金材料腐蚀损伤分级进行量化，其特征在于，根据不同腐蚀损伤对结构疲劳寿命的影响对LY12CZ铝合金材料的腐蚀等级进行量化处理，量化分级的步骤如下：

1.1、进行LY12CZ铝合金的剥蚀试验：首先在EXCO剥蚀溶液中对LY12CZ铝合金试件进行不同时间下的预腐蚀试验，预腐蚀时间分为：0小时、12小时、24小时、48小时、96小时和144小时6档，0小时时间档试件数量为7个，其余每个时间档进行预腐蚀试验的试件数量为12～15个，预腐蚀后取出进行清洗和干燥；

1.2、对腐蚀后试件的按照HB 5455-90给出的腐蚀等级标准进行分级；

1.3、利用金相法测量腐蚀后试件的腐蚀深度d：从每个时间档的预腐蚀试件中取出5个利用金相法进行测量，试验时先对试件表面进行初步观测，将试件可能的最大腐蚀深度部位制成金相试样，测量金相试样腐蚀处的剩余厚度h，则腐蚀深度d为：

d＝h₀-h……………………………………………………………[1]

式中：h₀为试件未腐蚀时的厚度；

每个试件测量的腐蚀深度值为5～7个，将除0小时以外的每个时间档所有试件的腐蚀深度测量数据按照正态分布求其均值，并将该均值作为该时间档试件的腐蚀深度d_i，i=1，2，……，6；其中，0小时时间档的腐蚀深度d1为零；

1.4、对预腐蚀后的试件进行疲劳试验：从每个时间档的预腐蚀试件中取出7个进行疲劳试验，得到7个疲劳寿命数值，然后对上述7个疲劳寿命数值按照对数正态分布求其均值lgN_i：

$\lg N_i=\underset{j=1}{\overset{7}{\mathrm{\Σ}}}\lg N_{\mathrm{ij}}\·\·\·\·\·\·\left[2\right]$

式中，N_ij为第i个预腐蚀时间档下第j个试件的疲劳寿命；

并由式[2]求得每个预腐蚀时间档下的疲劳寿命值N_i；

1.5、计算预腐蚀后试件的腐蚀损伤程度D_i：

$D_i=\frac{d_i}{h_0}\·\·\·\·\·\·\left[3\right]$

1.6、计算每个时间档预腐蚀试件的疲劳寿命损失率η_i：

${\mathrm{\η}}_i=1-\frac{N_i}{N_0}\·\·\·\·\·\·\left[4\right]$

式中，N₀是预腐蚀时间为0小时试件的疲劳寿命；

1.7、确定腐蚀损伤量化分级、腐蚀损伤程度D_i与疲劳寿命损失率η_i三者的关系如下：

HB 5455-90腐蚀分级的第一级的腐蚀损伤程度为D₁，疲劳寿命损失率为η₁；HB 5455-90腐蚀分级的第二级的腐蚀损伤程度为D₂，疲劳寿命损失率为η₂；依次类推，HB 5455-90腐蚀分级的第六级的腐蚀损伤程度为D₆，疲劳寿命损失率为η₆。