CN107796710A - 一种耐应力腐蚀性能的检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种耐应力腐蚀性能的检测方法，包括以下步骤：a)将CrO3、重铬酸盐、氯化钠和水混合，得到腐蚀液；b)将待测试样浸泡在步骤a)得到的腐蚀液中，进行应力腐蚀，得到出现裂纹时间，从而完成耐应力腐蚀性能的检测。与现有技术相比，本发明提供的检测方法是在进行大量应力腐蚀试验与实际应用的系统对比后获得的，与实际的工程应用具备较好的吻合性，实现了实际应用环境下结构的应力腐蚀加速试验模拟，并且检测时间短，从而能够高效、准确的评价铝合金材料的耐应力腐蚀性能。实验结果表明，采用本发明提供的检测方法得到的出现裂纹时间大于200h即可判定耐应力腐蚀性能合格，是轨道车辆用铝合金材料耐应力腐蚀性能检测的有效手段。

Description

一种耐应力腐蚀性能的检测方法
技术领域
本发明涉及应力腐蚀试验方法技术领域，更具体地说，是涉及一种耐应力腐蚀性能的检测方法。
背景技术
应力腐蚀裂纹故障是铝合金型材及板材焊接结构的常见故障，危害大。腐蚀环境、材料敏感性、结构应力是导致结构应力腐蚀裂纹故障发生的三要素，当腐蚀环境、结构应力不可避免时，为避免结构应力腐蚀裂纹故障的发生，只有提升材料的耐应力腐蚀性能。因此需采用适当的方法检验铝合金材料的耐应力腐蚀性能是否满足使用要求。
应力腐蚀试验方法是评价材料耐应力腐蚀性能的有效手段，关于铝合金型材及板材的应力腐蚀试验方法，在国内、外均有大量的研究，方法众多，其关键在于能否进行特定材料、腐蚀环境、结构应力组合的有效评价。目前，现有技术中的应力腐蚀试验方法通常为加速试验方法，通过采用更高的应力、更强的腐蚀环境、更高的试验温度等实现。并且，加速应力腐蚀试验要求与实际的工程应用具备可比性，过高或是过低的要求都是不合适的：要求过高，会导致满足工程应用的材料不合格，导致无材料可用或是增加材料的采购成本；要求过低，会导致满足试验要求的材料不能满足实际的工程服役要求，从而造成巨大的不良后果。
但是，现有技术中公开的加速试验方法还不能够满足与实际的工程应用具备较高可比性的要求，从而难以有效评价铝合金型材、板材及其焊接结构的耐应力腐蚀性能。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种耐应力腐蚀性能的检测方法，本发明提供的检测方法能够高效、准确的评价铝合金材料的耐应力腐蚀性能。
本发明提供了一种耐应力腐蚀性能的检测方法，包括以下步骤：
a)将CrO3、重铬酸盐、氯化钠和水混合，得到腐蚀液；
b)将待测试样浸泡在步骤a)得到的腐蚀液中，进行应力腐蚀，得到出现裂纹时间，从而完成耐应力腐蚀性能的检测。
优选的，步骤a)中所述重铬酸盐选自K2Cr2O7和/或Na2Cr2O7。
优选的，步骤a)中所述CrO3、重铬酸盐、氯化钠和水的质量比为(35～40)：(28～32)：(1～5)：1000。
优选的，步骤a)中所述混合的温度为20℃～30℃，时间为5min～30min。
优选的，所述腐蚀液的pH值为0.5～1.0。
优选的，步骤b)中所述待测试样为轨道车辆用铝合金材料；
所述待测试样的屈服强度为280MPa～320MPa。
优选的，步骤b)中所述浸泡的方式为连续浸泡。
优选的，步骤b)中所述应力腐蚀的方式为恒应变腐蚀；
所述恒应变腐蚀采用四点弯曲恒应变加载，加载挠度y＝σ(3H2-4A2)/12Et，其中，σ为应力，H为外支点间的距离，A为内外支点间的距离，E为弹性模量，t为待测试样厚度；所述σ的数值为待测试样的屈服强度的70％～80％。
优选的，步骤b)中所述应力腐蚀的方式为恒应力腐蚀；
所述恒应力腐蚀采用两端加载孔恒应力加载，加载负荷F＝σ(B×t’)，其中，σ为应力，B为试样横截面宽度，t’为试样横截面厚度；所述σ的数值为待测试样的屈服强度的70％～80％。
优选的，步骤b)中所述应力腐蚀的温度为88℃～92℃。
本发明提供了一种耐应力腐蚀性能的检测方法，包括以下步骤：a)将CrO3、重铬酸盐、氯化钠和水混合，得到腐蚀液；b)将待测试样浸泡在步骤a)得到的腐蚀液中，进行应力腐蚀，得到出现裂纹时间，从而完成耐应力腐蚀性能的检测。与现有技术相比，本发明提供的检测方法是在进行大量应力腐蚀试验与实际应用的系统对比后获得的，与实际的工程应用具备较好的吻合性，实现了实际应用环境下结构的应力腐蚀加速试验模拟，并且检测时间短，从而能够高效、准确的评价铝合金材料的耐应力腐蚀性能。实验结果表明，采用本发明提供的检测方法得到的出现裂纹时间大于200h即可判定耐应力腐蚀性能合格，是轨道车辆用铝合金材料耐应力腐蚀性能检测的有效手段。
附图说明
图1为本发明中所述四点弯曲恒应变加载的示意图；
图2为本发明中所述恒应力铝合金待测试样的尺寸图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种耐应力腐蚀性能的检测方法，包括以下步骤：
a)将CrO3、重铬酸盐、氯化钠和水混合，得到腐蚀液；
b)将待测试样浸泡在步骤a)得到的腐蚀液中，进行应力腐蚀，得到出现裂纹时间，从而完成耐应力腐蚀性能的检测。
本发明首先将CrO3、重铬酸盐、氯化钠和水混合，得到腐蚀液。在本发明中，腐蚀液为加速应力腐蚀试验的模拟腐蚀环境中的重要因素，是耐应力腐蚀性能的检测方法中的核心技术。本发明在进行大量应力腐蚀试验与实际应用的系统对比后，采用特定组成的腐蚀液，具备适合的腐蚀性，能够有效模拟现车的服役环境，腐蚀环境加速更为有效。
在本发明中，所述CrO3又称铬酸酐，为强氧化剂；本发明对所述CrO3的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品或自制品均可。
在本发明中，所述重铬酸盐优选选自K2Cr2O7和/或Na2Cr2O7，更优选为K2Cr2O7。本发明对所述重铬酸盐的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的上述K2Cr2O7和Na2Cr2O7的市售商品即可。
在本发明中，所述氯化钠为制备现有技术中的腐蚀液所用的原料；现有技术公开的耐应力腐蚀性能的检测方法采用3.5％的NaCl溶液作为腐蚀液，本发明对所述氯化钠没有特殊限制。
在本发明中，所述CrO3、重铬酸盐、氯化钠和水的质量比优选为(35～40)：(28～32)：(1～5)：1000，更优选为36：30：(2～4)：1000。在本发明优选的实施例中，所述CrO3、重铬酸盐、氯化钠和水的质量比为36：30：3：1000。
本发明将CrO3、重铬酸盐、氯化钠和水混合；所述混合的温度优选为20℃～30℃，更优选为25℃；所述混合的时间优选为5min～30min，更优选为10min～20min。
在本发明中，腐蚀液的pH值优选为0.5～1.0，更优选为0.6～0.8。
得到所述腐蚀液后，本发明将待测试样浸泡在得到的腐蚀液中，进行应力腐蚀，得到出现裂纹时间，从而完成耐应力腐蚀性能的检测。在本发明中，所述待测试样优选为轨道车辆用铝合金材料；所述铝合金材料优选为板材，便于进行应力腐蚀。本发明对所述铝合金材料的规格没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的便于进行应力腐蚀的铝合金材料规格即可。
在本发明中，所述待测试样的屈服强度优选为280MPa～320MPa，更优选为300MPa。本发明对所述待测试样的铝合金材料牌号没有特殊限制，采用符合上述屈服强度的铝合金材料作为待测试样均可。
在本发明中，所述浸泡的方式优选为连续浸泡。本发明对所述连续浸泡的过程没有特殊限制。
在本发明中，所述应力腐蚀的方式优选为恒应变腐蚀；即施加恒定应变后置于腐蚀液中进行的应力腐蚀。在本发明优选的实施例中，采用恒应变铝合金待测试样进行恒应变腐蚀，所述恒应变铝合金待测试样的长为70mm，宽为10mm，厚度为4mm。
在本发明中，所述恒应变腐蚀优选采用四点弯曲恒应变加载；所述四点弯曲恒应变加载利用不锈钢夹具、玻璃辊和不锈钢螺栓加载试样，示意图如图1所示。在本发明中，加载挠度y＝σ(3H2-4A2)/12Et，其中，σ为应力，单位为Pa，H为外支点间的距离，单位为m，A为内外支点间的距离，单位为m，E为弹性模量，单位为Pa，t为待测试样厚度，单位为m。在本发明中，所述σ的数值优选为待测试样的屈服强度的70％～80％，更优选为75％。在本发明优选的实施例中，所述待测试样的屈服强度为300MPa，所述σ的数值为225MPa。
在本发明中，所述应力腐蚀的方式优选为恒应力腐蚀；即施加恒定应力后置于腐蚀液中进行的应力腐蚀。在本发明优选的实施例中，采用恒应力铝合金待测试样进行恒应力腐蚀，所述恒应力铝合金待测试样的尺寸图如图2所示。
在本发明中，所述恒应力腐蚀优选采用两端加载孔恒应力加载；本发明对此没有特殊限制。在本发明中，加载负荷F＝σ(B×t’)，其中，σ为应力，单位为Pa，B为试样横截面宽度，单位为m，t’为试样横截面厚度，单位为m。在本发明中，所述σ的数值优选为待测试样的屈服强度的70％～80％，更优选为75％。在本发明优选的实施例中，所述待测试样的屈服强度为300MPa，所述σ的数值为225MPa。
在本发明中，所述应力腐蚀的温度优选为88℃～92℃，更优选为90℃。本发明采用适合的应力腐蚀温度，从而进一步增加腐蚀速度。
本发明采用特定组成的腐蚀液，具有适合的pH值条件，并结合适合的腐蚀温度，进行应力腐蚀，能够实现加速应力腐蚀试验的模拟腐蚀环境满足与实际的工程应用具备较高可比性的要求，得到的出现裂纹时间作为待测试样的耐应力腐蚀性能的判据，从而完成耐应力腐蚀性能的检测。在本发明中，上述出现裂纹的时间优选通过每3h观察一次直至出现裂纹为止的方式得到，此外，本发明提供的检测方法初期每0.5h～2h观察一次，保证检测方法正常、稳定进行。
本发明提供了一种耐应力腐蚀性能的检测方法，包括以下步骤：a)将CrO3、重铬酸盐、氯化钠和水混合，得到腐蚀液；b)将待测试样浸泡在步骤a)得到的腐蚀液中，进行应力腐蚀，得到出现裂纹时间，从而完成耐应力腐蚀性能的检测。与现有技术相比，本发明提供的检测方法是在进行大量应力腐蚀试验与实际应用的系统对比后获得的，与实际的工程应用具备较好的吻合性，实现了实际应用环境下结构的应力腐蚀加速试验模拟，并且检测时间短，从而能够高效、准确的评价铝合金材料的耐应力腐蚀性能。实验结果表明，采用本发明提供的检测方法得到的出现裂纹时间大于200h即可判定耐应力腐蚀性能合格，是轨道车辆用铝合金材料耐应力腐蚀性能检测的有效手段。
另外，本发明采用的腐蚀液具备适合的腐蚀性，能够有效模拟现车的服役环境，腐蚀环境加速更为有效；同时，采用适合的应力腐蚀温度，从而进一步增加腐蚀速度。
为了进一步说明本发明，下面通过以下实施例进行详细说明。本发明以下实施例所用的待测试样为轨道车辆用铝合金材料，屈服强度为300MPa；其中，实施例1、实施例3和对比例所用待测试样为长方形板材，长70mm，宽10mm，厚度4mm；实施例2所用待测试样的尺寸图如图2所示。
实施例1
(1)将36g CrO3、30g K2Cr2O7、3gNaCl和1L水在25℃下混合15min，得到腐蚀液，所述腐蚀液pH值为0.6～0.8。
(2)将待测试样采用图1所述的四点弯曲恒应变加载进行恒应变腐蚀，σ的数值为225MPa，从而根据公式加载挠度y＝σ(3H2-4A2)/12Et得到恒定y值，其中，σ为应力，单位为Pa，H为外支点间的距离，单位为m，A为内外支点间的距离，单位为m，E为弹性模量，单位为Pa，t为待测试样厚度，单位为m；然后置于步骤(1)得到的腐蚀液中，在90℃下进行连续浸泡，观察裂纹萌生的过程，得到出现裂纹的时间；以出现裂纹的时间T为待测试样的耐应力腐蚀性能的判据，若出现裂纹的时间T＞200h，判定为合格，该待测试样具有合格的耐应力腐蚀性能。
实施例2
(1)将36g CrO3、30g K2Cr2O7、3gNaCl和1L水在25℃下混合15min，得到腐蚀液，所述腐蚀液pH值为0.6～0.8。
(2)将待测试样采用两端加载孔恒应力加载进行恒应力腐蚀，σ的数值为225MPa，从而根据公式加载负荷F＝σ(B×t’)得到恒定F值，其中，σ为应力，单位为Pa，B为试样横截面宽度，单位为m，t’为试样横截面厚度，单位为m；然后置于步骤(1)得到的腐蚀液中，在90℃下进行连续浸泡，观察裂纹萌生的过程，得到出现裂纹的时间；以出现裂纹的时间T为待测试样的耐应力腐蚀性能的判据，若出现裂纹的时间T＞200h，判定为合格，该待测试样具有合格的耐应力腐蚀性能。
对比例
将待测试样采用图1所述的四点弯曲恒应变加载进行恒应变腐蚀，σ的数值为225MPa，从而根据公式加载挠度y＝σ(3H2-4A2)/12Et得到恒定y值，其中，σ为应力，单位为Pa，H为外支点间的距离，单位为m，A为内外支点间的距离，单位为m，E为弹性模量，单位为Pa，t为待测试样厚度，单位为m；然后置于3.5％的NaCl溶液中，在35℃±2℃下进行周期浸泡，所述周期浸泡的具体过程优选为：10分钟浸泡，50分钟空气循环浸泡；以此为周期循环，观察裂纹萌生的过程，得到出现裂纹的时间；以出现裂纹的时间T为待测试样的耐应力腐蚀性能的判据，若出现裂纹的时间T＞28天，判定为合格，该待测试样具有合格的耐应力腐蚀性能。
通过比较可知，本发明提供的检测方法与实际的工程应用具备较好的吻合性实现了实际应用环境下结构的应力腐蚀加速试验模拟，并且检测时间短，从而能够高效、准确的评价铝合金材料的耐应力腐蚀性能；而对比例提供的检测方法过于宽松，不能有效评价材料对环境的适用性，存在通过对比例应力腐蚀试验却不能满足工程应用的问题，并且检测时间长，效率低。
所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种耐应力腐蚀性能的检测方法，包括以下步骤：
a)将CrO3、重铬酸盐、氯化钠和水混合，得到腐蚀液；
b)将待测试样浸泡在步骤a)得到的腐蚀液中，进行应力腐蚀，得到出现裂纹时间，从而完成耐应力腐蚀性能的检测。
2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，步骤a)中所述重铬酸盐选自K2Cr2O7和/或Na2Cr2O7。
3.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，步骤a)中所述CrO3、重铬酸盐、氯化钠和水的质量比为(35～40)：(28～32)：(1～5)：1000。
4.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，步骤a)中所述混合的温度为20℃～30℃，时间为5min～30min。
5.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述腐蚀液的pH值为0.5～1.0。
6.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，步骤b)中所述待测试样为轨道车辆用铝合金材料；
所述待测试样的屈服强度为280MPa～320MPa。
7.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，步骤b)中所述浸泡的方式为连续浸泡。
8.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，步骤b)中所述应力腐蚀的方式为恒应变腐蚀；
所述恒应变腐蚀采用四点弯曲恒应变加载，加载挠度y＝σ(3H2-4A2)/12Et，其中，σ为应力，H为外支点间的距离，A为内外支点间的距离，E为弹性模量，t为待测试样厚度；所述σ的数值为待测试样的屈服强度的70％～80％。
9.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，步骤b)中所述应力腐蚀的方式为恒应力腐蚀；
所述恒应力腐蚀采用两端加载孔恒应力加载，加载负荷F＝σ(B×t’)，其中，σ为应力，B为试样横截面宽度，t’为试样横截面厚度；所述σ的数值为待测试样的屈服强度的70％～80％。
10.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，步骤b)中所述应力腐蚀的温度为88℃～92℃。
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