應力腐蝕測試涉及環(huán)境、力學(xué)加載和材料取樣幾個(gè)方面的諸多因素。標準GB/T15970.1-1995和國際標準ISO7539-1:1987對選擇和使用各種測試方法及其注意事項給出了比較詳細的一般性指導原則。一些要點(diǎn)簡(jiǎn)述如下。
(1)關(guān)于測試方法選擇
應力腐蝕試驗目的常常是比服役條件下快地獲得信息,但同時(shí)又能預示服役行為。常用的加速方法有使用較高應力、慢的連續變形、預裂紋試樣、比現役環(huán)境含高濃度化學(xué)物質(zhì)的試驗環(huán)境、增加溫度和電化學(xué)等。要注意試驗和服役行為中的破壞機理的細節不能有顯著(zhù)差別。
當選擇通過(guò)或不通過(guò)型的試驗方法時(shí),要注意該方法不應太苛刻,否則導致原適用于特定使用條件的材料被宣告不能使用;也不應太寬容,否則可能發(fā)生破壞的材料卻允許使用。
(2)關(guān)于環(huán)境因素方面
應力腐蝕測試中,環(huán)境因素十分重要。在不同環(huán)境中,一系列合金相對的破裂敏感性不一定相同。試驗需盡可能地模擬使用條件。某些典型溶液盡管已廣泛地用于某種類(lèi)型的合金,但常常受到非議,如不銹鋼采用沸騰MgCl2溶液和碳鋼采用沸騰硝酸鹽溶液就是兩個(gè)明顯的例子,其主要原因之一是它們通常不能再現工廠(chǎng)條件。
在模擬服役環(huán)境時(shí),要注意在縫隙或發(fā)生熱交換的界面處可產(chǎn)生物質(zhì)的局部濃縮,導致破裂的局部環(huán)境與總體環(huán)境常常不同。
不同實(shí)驗室中制備相同規格的溶液可能會(huì )產(chǎn)生較小的差別,它一般不會(huì )影響應力腐蝕的試驗結果,但在某些場(chǎng)合環(huán)境的較小變化能促使破裂敏感性明顯改變。
溫度對應力腐蝕有重要影響,因此應嚴格控制試驗溫度,且應盡可能選擇對應服役環(huán)境的溫度。
考慮到環(huán)境介質(zhì)在長(cháng)時(shí)間的測試過(guò)程中可能發(fā)生變化,應盡可能采用較大的溶液體積和較小的金屬暴露面積或在試驗期間補充溶液。
要注意溶解的氧常常在應力腐蝕破裂過(guò)程中起重要作用,例如某些鋁合金在充氣溶液中的試驗可在幾個(gè)小時(shí)發(fā)生破斷,但在脫氣溶液中,試驗很長(cháng)時(shí)間也不產(chǎn)生破斷。
電位對應力腐蝕行為有顯著(zhù)影響,有必要采取預防措施使浸在試驗溶液中的試樣與試驗裝置的其它金屬部件進(jìn)行絕緣。常常出現這種情況,有的實(shí)驗室要研究服役狀態(tài)的破環(huán),認為自然腐蝕電位下的試驗現實(shí)。要注意自然腐蝕電位取決于許多因素如表面狀態(tài)、環(huán)境條件細節和暴露時(shí)間等。即使在同一實(shí)驗室試驗環(huán)境中,機加工或拋光表面的自腐蝕電位值常常與服役條件(如工廠(chǎng)軋制氧化或帶銹表面)的電位不同。為縮短時(shí)間因素或獲得較好的重現性,可考慮采用電化學(xué)控制。
含有試樣和應力腐蝕試驗介質(zhì)的試驗槽應采用對介質(zhì)惰性的材料制成,通常為玻璃、有機玻璃或聚四氟乙烯。
試驗時(shí)*好是在試樣與試驗環(huán)境接觸后,再施加應力,否則加載后應盡快將試樣暴露于試驗環(huán)境中。
(3)關(guān)于試樣的尺寸和制備
試樣大小的最終選擇取決于許多因素,一方面由于材料的利用率、費用和試驗設備(如有效負荷、試驗容器的體積等)等原因常希望使用小試樣,另一方面采用較大試樣可使整體材料具代表性。有時(shí)采用折衷方案。
從整體材料上采樣時(shí),取向要考慮服役狀態(tài)、材料形狀、晶粒取向、非金屬夾雜物和第二相及殘余應力等有關(guān)因素。
針對失效分析的應力腐蝕測試*好以破壞的部件作為材料源,并從“無(wú)裂區”取樣。
試樣需打上識別標記或數字,應盡可能地遠離試驗區域,比如在彎梁試樣的兩端。
在表面狀態(tài)方面,應力腐蝕裂紋的萌生包含某些初始的表面反應,故試樣的表面狀態(tài)對試驗結果起著(zhù)明顯的影響,不同設備技術(shù)可導致表面層產(chǎn)生不同的組織結構以及殘余應力。表面狀態(tài)改變的影響常帶隨試樣截面的增大而減小。
(4)關(guān)于力學(xué)加載方面
決定試樣力學(xué)狀態(tài)的是試樣類(lèi)型和加載方式。試樣可分為光滑試樣、帶缺口試樣和預裂紋試樣三種類(lèi)型。
1)光滑試樣 如圓棒試樣、板狀試樣、U型試樣、C型環(huán)試樣、音叉型試樣等,這類(lèi)試樣沒(méi)有人為加工缺口,對試樣表面粗糙度有一定要求或希望保持原始產(chǎn)品的表面狀態(tài)。
2)帶缺口試樣 在上述各種試樣上人為地開(kāi)一幾何缺口,造成應力集中以達到目的。這類(lèi)幾何缺口在加工時(shí)要求幾何形狀嚴格統一,使其受力條件一致。
3)預裂紋試樣 應用人工機械缺口加上預制疲勞裂紋,特點(diǎn)是可大大縮短應力腐蝕試驗時(shí)間并模擬某些構件帶裂紋服役的實(shí)際狀況。圖6.2-6給出應力腐蝕試驗中各種預裂紋試樣的幾何形狀,相關(guān)應力強度因子計算見(jiàn)GB/T15970.6-1998或IS07539-6:1989。
無(wú)論采用光滑的、缺口的或預裂紋的試樣,其加載方法可大致分成恒載荷、恒應變和使用慢應變速率三種類(lèi)型。
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