CN117110037A - 一种氢致裂纹敏感性量化参数测试方法 - Google Patents

一种氢致裂纹敏感性量化参数测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种氢致裂纹敏感性量化参数测试方法，包括：绘制待测钢板的空气及加速模拟氢环境下抗裂性J值与裂纹长度Δa的关系曲线图；在所述关系曲线图中，运用第一公式绘制钝化线，并分别绘制Δa为0.2及0.5时所述钝化线的平行线；通过积分计算出空气及加速模拟氢环境下关系曲线与两条平行线所围成的面积，通过所述面积表示在空气中裂纹扩展所需能量Sair及在模拟氢加速环境中裂纹扩展所需能量Senvironment；通过第二公式计算得出氢致裂纹敏感性量化参数HE；利用本发明方法的氢致裂纹敏感性量化参数，可以更准确的量化评估各种使用环境下氢致裂纹的风险。

Description

一种氢致裂纹敏感性量化参数测试方法
技术领域
本发明涉及高强钢氢致裂纹性能研究领域，具体涉及的是氢致裂纹敏感性评价方法。
背景技术
众所周知，高强钢只有在表面同时发生塑性变形和析氢时才会发生氢致裂纹现象。在室温下，原子氢在金属表面的吸附可能是由钢腐蚀过程中水的电化学还原或应用低于析氢热力学阈值的阴极电位引起的。事实上氢致裂纹的敏感性随着钢的抗拉性能的增加而增加。以往的工作，在慢应变速率试验中，只有在试件颈缩后才能观察到施加的电位和应变速率对钢的氢致裂纹的影响，这种方法不能准确评价各种使用环境下的氢致裂纹敏感性，更谈不上对氢致裂纹的敏感性进行定量的评价。其主要原因是：金属的韧性断裂中，塑性变形在裂纹尖端占主导地位材料抗断裂能力随着裂纹的增长而增加，目前断裂力学中的断裂韧性的守恒性要满足简单加载(应力各分量按比例增长)，不允许卸载，也不允许裂纹发生临界扩展，因为临界扩展会导致局部应力松弛。因此，目前断裂力学中的断裂韧性只是启裂判据，不能用于裂纹扩展过程，并且没有考虑氢环境的影响，因此无法准确评价氢致裂纹的风险。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种氢致裂纹敏感性量化参数测试方法，解决目前只能在试件颈缩后才能观察到施加的电位和应变速率对钢的氢致裂纹的影响，导致没有考虑裂纹扩展过程，并且没有考虑氢环境的影响，因此无法准确评价氢致裂纹风险的问题。
为实现上述发明目的，本发明所述的氢致裂纹敏感性量化参数测试方法，包括：
绘制待测钢板的空气及加速模拟氢环境下抗裂性J值与裂纹长度Δa的关系曲线图；在所述关系曲线图中，运用第一公式绘制钝化线，所述第一公式是J＝2erΔa，式中：er为材料强度极限和屈服强度之和；并分别绘制Δa为0.2及0.5时所述钝化线的平行线；
通过积分计算出空气及加速模拟氢环境下关系曲线与两条平行线所围成的面积，通过所述面积表示在空气中裂纹扩展所需能量Sair及在模拟氢加速环境中裂纹扩展所需能量Senvironment；
通过第二公式计算得出氢致裂纹敏感性量化参数HE，所述第二公式是：
在本公开及可能的实施例中，通过势降法得到抗裂性J值与裂纹长度Δa的关系曲线。
在本公开及可能的实施例中，所述势降法，包括：
运用电磁试验机对单边缺口弯曲试样进行预裂纹处理，直到初始裂纹长度等于试件宽度的50％。
在本公开及可能的实施例中，所述裂纹长度Δa运用电势降值带入乔森公式求得，根据所述裂纹长度Δa，通过标准公式进行J积分计算，绘制所述钢板的空气及加速模拟氢环境下抗裂性J值与裂纹长度Δa的关系曲线图。
在本公开及可能的实施例中，所述加速模拟氢环境利用加速模拟氢环境溶液通过恒电位极化制备。
在本公开及可能的实施例中，所述加速模拟氢环境溶液是HCL溶液。
本发明具有如下有益效果：
本发明的氢致裂纹敏感性量化参数测试方法，首先通过积分计算出空气及加速模拟氢环境下抗裂性J值与裂纹长度Δa的关系曲线，可以看出该关系曲线可以考虑到氢环境对裂纹扩展过程的影响，然后利用关系曲线与第一公司，通过积分计算得到在空气中裂纹扩展所需能量Sair及在模拟氢加速环境中裂纹扩展所需能量Senvironment，继续利用第二公式得到氢致裂纹敏感性量化参数，而该量化参数是本发明首次提出，进一步通过该量化参数更准确的量化评估各种使用环境下氢致裂纹的风险。
附图说明
通过以下参考附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优点更为清楚，在附图中：
图1是本发明实施例的单边缺口弯曲试样尺寸；
图2是本发明实施例的空气及加速模拟氢环境下抗裂性J值与裂纹长度Δa的关系曲线图；
图3是本发明实施例的钝化线图；
图4是本发明实施例的空气及加速模拟氢环境下裂纹扩展所需能量S；
图5是本发明实施例的460LA在0.1mol/L HCL溶液，采用恒电位极化，电压分别为-1V、-2V条件下，氢致裂纹敏感性量化参数HE。
具体实施方式
以下基于实施例对本公开进行描述，但是值得说明的是，本公开并不限于这些实施例。在下文对本公开的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。然而，对于没有详尽描述的部分，本领域技术人员也可以完全理解本公开。
此外，本领域普通技术人员应当理解，所提供的附图只是为了说明本公开的目的、特征和优点，附图并不是实际按照比例绘制的。
同时，除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包含但不限于”的含义。
实施例
1、采用单边缺口弯曲试样运用势降法测定460LA的抗裂性J与裂纹长度Δa关系曲线。
所有试验试样分别在空气中和0.1mol/L HCL溶液中进行，本实施例通过0.1mol/LHCL溶液采用恒电位极化模拟氢加速环境，电压分别为-1V、-2V。当然也可以采用本领域惯用的其他溶液模拟氢加速环境，本公开对此并不加以限制。
在运用疲劳试验机进行弯曲试验前，用电磁试验机对单边缺口弯曲试样(如图1)进行预裂纹处理，直到初始裂纹长度等于试件宽度的50％。弯曲试验通过位移控制进行，速度为0.001m/s。在弯曲试验期间，采集位移、载荷、时间和电势降值。裂纹长度运用电势降值带入乔森公式求得。根据裂纹长度，通过ASTM E813-89标准中公式进行J积分计算。上述单边缺口弯曲试样的规格确定及弯曲试验的位移控制等均采用ASTM E813-89标准规定。
利用所述弯曲试验的结果数据，分别绘制460LA在空气中、在0.1mol/LHCL溶液恒电位为-1V和在0.1mol/L HCL溶液恒电位为-2V的抗裂性J值与裂纹长度Δa的关系曲线图，如图2。
2、运用第一公式：J＝2erΔa，其中er为材料强度极限和屈服强度之和等于1115.5MPa，在抗裂性J值与裂纹长度Δa的关系曲线图中绘制出钝化线。
继续绘制出Δa＝0.2和Δa＝0.5时平行于钝化线的两条线，如图3。
分别得出在空气中、在0.1mol/L HCL溶液恒电位为-1V及在0.1mol/LHCL溶液恒电位为-2V中裂纹扩展所需能量S，即通过积分计算出不同环境下抗裂性J值与裂纹长度Δa的关系曲线与Δa＝0.2和Δa＝0.5两条线所围成的面积，如图4。
3、通过第二公式：其中Senvironment分别代入在0.1mol/L HCL溶液恒电位为-1V和在0.1mol/L HCL溶液恒电位为-2V中裂纹扩展所需能量，Sair代入空气中裂纹扩展所需能量，计算得出在0.1mol/L HCL溶液恒电位为-1V和在0.1mol/L HCL溶液恒电位为-2V在0.1mol/L HCL溶液恒电位为-1V和在0.1mol/L HCL溶液恒电位为-2V的氢致裂纹敏感性量化参数HE，如图5。
氢致裂纹敏感性量化参数HE越大，表示材料在该使用环境下的产生氢致裂纹的风险越大。
本发明的评价方法克服目前只能在试件颈缩后才能观察到施加的电位和应变速率对钢的氢致裂纹的影响，提出确定氢致裂纹敏感性量化参数的实验程序，从而可以更准确的量化评估各种使用环境下氢致裂纹的风险。
以上所述实施例仅为表达本公开的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本公开专利范围的限制。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本公开构思的前提下，还可以做出若干变形、同等替换、改进等，这些都属于本公开的保护范围。因此，本公开专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种氢致裂纹敏感性量化参数测试方法，其特征在于，包括：
绘制待测钢板的空气及加速模拟氢环境下抗裂性J值与裂纹长度Δa的关系曲线图；在所述关系曲线图中，运用第一公式绘制钝化线，所述第一公式是J＝2erΔa，式中：er为材料强度极限和屈服强度之和；并分别绘制Δa为0.2及0.5时所述钝化线的平行线；
通过积分计算出空气及加速模拟氢环境下关系曲线与两条平行线所围成的面积，通过所述面积表示在空气中裂纹扩展所需能量Sair及在模拟氢加速环境中裂纹扩展所需能量Senvironment；
通过第二公式计算得出氢致裂纹敏感性量化参数HE，所述第二公式是：
2.根据权利要求1所述的氢致裂纹敏感性量化参数测试方法，其特征在于：
通过势降法得到抗裂性J值与裂纹长度Δa的关系曲线。
3.根据权利要求2所述的氢致裂纹敏感性量化参数测试方法，其特征在于，所述势降法，包括：
运用电磁试验机对单边缺口弯曲试样进行预裂纹处理，直到初始裂纹长度等于试件宽度的50％。
4.根据权利要求2或3所述的氢致裂纹敏感性量化参数测试方法，其特征在于：
所述裂纹长度Δa运用电势降值带入乔森公式求得，根据所述裂纹长度Δa，通过标准公式进行J积分计算，绘制所述钢板的空气及加速模拟氢环境下抗裂性J值与裂纹长度Δa的关系曲线图。
5.根据权利要求4所述的氢致裂纹敏感性量化参数测试方法，其特征在于：
所述加速模拟氢环境利用加速模拟氢环境溶液通过恒电位极化制备。
6.根据权利要求5所述的氢致裂纹敏感性量化参数测试方法，其特征在于：
所述加速模拟氢环境溶液是HCL溶液。
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