新型應力腐蝕試樣及試驗方法
2023-05-15 09:09:31 3
專利名稱：新型應力腐蝕試樣及試驗方法
技術領域：
本發明涉及應力腐蝕試驗技術，特別是涉及一種應力腐蝕開裂試驗的試驗方法和 試樣。
背景技術：
現有的應力腐蝕開裂的試驗方法大體有以下幾類(1)恆載荷下的應力腐蝕開裂試驗將拉伸試樣2懸掛在用砝碼3加載的拉伸試驗 機上，而拉伸試樣必須浸沒在密封的腐蝕介質環境箱1中。或者採用懸臂梁試樣6，一頭水 平夾持在固定機架的夾頭上，試樣的被試部分被浸沒在密封的腐蝕介質環境箱4中，而懸 臂的另一端則再懸掛著砝碼5加載。一般在這種懸臂梁試樣的中央開有缺口 7。這兩種試 樣機試驗的大致方法如圖1所示。其中圓棒拉伸的恆載荷應力腐蝕試驗較合適測試應力腐蝕的臨界應力0Co而懸 臂梁試驗除測試應力腐蝕敏感性外，也可測得應力腐蝕開裂的擴展速率da/dt。至於加載方法，為了保持恆載荷則選用砝碼是最簡單最原始的。或者採用機械法 (非油壓缸)加載的也可以，而採用油壓缸加載的試驗機要保持恆載荷則必須配用測力傳 感器來控制油壓泵。(2)恆位移下的應力腐蝕開裂試驗加工好的試樣先使其獲得一定量的預變形 (位移)，然後將該應變量(位移量)用卡夾具固定住，放入腐蝕環境中任其發生開裂和擴 展，在試驗的全過程中試樣的變形(位移)始終被固定。這種應力發生的試驗方法可以不 需要任何試驗機，不但可在實驗室使用，也可以在現場做掛片試驗，並且雙方方便。這類恆 位移應力腐蝕開裂試驗的試樣型式很多，例如C形環、U形、三點彎曲、四點彎曲(純彎曲)、 應力環等試樣，試樣現狀如圖.2所示。這類試樣幾乎都依彎曲所造成的應力使試樣腐蝕應 力腐蝕開裂，一般不預製裂紋或缺口，可以從開裂一直做到完全斷裂。可以做敏感性試驗， 但無法做應力腐蝕裂紋擴展速率da/dt的測定。C形試樣更多的用於直接從管材上取樣制 作。應力環試樣也用於管材的應力腐蝕試驗較多。(3) WOL試樣如圖3所示。這是由斷裂力學的緊湊拉伸試樣(CT試樣)演變過來 用於在腐蝕環境中測驗應力腐蝕裂紋擴展速率da/dt和應力腐蝕開裂臨界應力強度因子 KISCC值的試樣。試樣的中間部位開有機械缺口和由此引發的預製疲勞裂紋，然後通過試樣 左上角的螺釘，向下擰緊，頂住下面的圓柱銷而使裂紋張開。張開的程度由測定缺口的張開 位移量而定，按標準尺寸的試樣可以由缺口張開位移值來得知初始加載狀態下的裂紋尖端 的應力強度因子KI值。(4)恆應變速率慢拉伸試驗法該法用特製的圓棒形拉伸試樣或板形試樣，兩端夾 持在特製的拉伸試驗機上，試樣外套上腐蝕介質的環境箱，加載時保持恆定而緩慢的應變 速率。如果被試材料對此介質有應力腐蝕傾向，則會在持續不斷的塑性應變變形過程中萌 生應力腐蝕裂紋，並不斷擴展，最好促使試樣發生斷裂。這種試驗方法的特點主要是人為施 加給試樣連續的緩慢的塑性應變，並保持這個應變速率為恆定的。如果發生了應力腐蝕開裂，最終試樣的斷口為宏觀的脆性斷口，如果沒有發生應力腐蝕開裂，則最終是在塑性應變 相當大之後形成有明顯頸縮的塑性斷口。這種試驗亦被簡稱為「慢拉伸」試驗，並被認為是 一種可靠的應力腐蝕開裂快速試驗法，結果準確可靠，特別適合於實驗室進行材料的快速 篩選。[陸世英等.不鏽鋼應力腐蝕事故分析與耐應力腐蝕不鏽鋼[M].北京原子能出版 社，1985，127]現狀已經形成標準的試驗方法。[NACE標準]同時有人認為試驗結果有足夠 的餘量，即使試驗結果認為有敏感性的金屬或合金在實際使用中就不一定必然產生餘糧腐 蝕，而且凡是用慢應變速率法證明沒有應力腐蝕敏感性的合金在實際使用中就不會產生應 力腐蝕。[陸世英等.同上]不過實際並不完全如此，有些合金在特點環境中被證實是有應 力腐蝕傾向的，但用慢應變速率法卻做不出應力腐蝕斷裂。這實際上應為有些應力腐蝕的 過程進展非常緩慢的，用這種「慢應變速率」仍舊過快，使應力腐蝕失效的特徵來不及表現 出來。90年代國內用慢拉做過CF610鋼母材在無水液氮中的應力腐蝕傾向性試驗後看不 到有應力腐蝕傾向，但CF610鋼四點彎曲試樣、U形試樣做應力腐蝕掛片試驗時，經兩年多 的掛片發現試樣完全斷裂了。這種試樣方法所標榜的「塊拉伸」實際上仍舊屬於「快速試驗 法」，所得到的結果是定性(敏感或不敏感)，而即使是「敏感」，也得不到描述應力腐蝕開裂 的特徵參數KISCC及da/dt之值。此外這種試驗方法還需要專門的且價格昂貴的拉伸試驗 機。綜上所述，上述四類應力腐蝕開裂的試驗方法，有的雖然試驗方法簡單，僅適合做 定性試驗或現場掛片。有的雖然試樣簡單但需要昂貴複雜的試樣機(例如慢拉伸試驗)，最 終結果也是定性的。而可以做KISCC及da/dt定量測試的WOL試樣加工複雜，材料消耗量也 較多，由於試樣本身的結構特點，不適合做大應變條件或全面屈服條件下的應力腐蝕試驗， 這是這種試驗方法的最大缺點。所以客觀上需要設計出一種①形狀簡單、加工簡單、結構小 巧；②既便於實驗室試驗又可進行現場掛片試驗；③既可定性也可定量測出KISCC及da/ dt ；④試驗範圍大，既可在彈性加載狀態下，也可在塑性大應變加載條件下做應力腐蝕試驗 的新型試樣和試驗方法，所以在這一設想下提出一種全新的應力腐蝕試樣。
發明內容
為克服上述已有技術的不足，本發明要解決的技術問題是提供一種應力腐蝕開裂 試驗的試驗方法和試樣。為解決上述技術問題，本發明的技術方案是一種新型應力腐蝕試樣，該試樣為矩形平板形狀，該板式試樣用線切割方法一次 切割成型。該試樣長 100mm，寬 45_，高 5_。一種新型應力腐蝕試樣的試驗方法，包括以下步驟步驟1、製備試樣，以準備做應力腐蝕開裂測試恆位移變形拉伸應力腐蝕試驗；步驟2、配製42% Mgc 12溶液和Nacl/NaOH混合溶液；步驟3、搭建好試驗裝置，將製備好的試樣放入試驗環境中做應力腐蝕試驗，直至 試樣出現腐蝕裂紋；步驟4、取出試樣進行金相觀察，找出裂紋起始位置，做統計分析雙相不鏽鋼應力 腐蝕機理。
與現有技術相比，本發明新型應力腐蝕開裂試樣具有明顯的優點(1)試樣的加工非常方便，只要有板形試塊就可以用線切割一次加工完成；(2)預加載方便，只要有拉伸試驗機就可實施預加載，然後用預備好的墊塊塞入中 央的張開間隙就可完成固定位移的恆位移加載；(3)恆位移的預加載量可以按預先設定任意施加，從彈性加載到塑性加載均可；(4)試驗中不需要任何複雜的試驗機，也可方便的用於現場掛片試驗；(5)只需要將試樣(一組)放入合適的環境箱，試驗便自行進行，只要按預定的時 間多次取出試樣測定在讀數顯微鏡上讀取裂紋擴展的長度，並記錄試驗進行的時間即可。
圖Ia是圓棒拉伸應力腐蝕開裂試驗示意圖。圖Ib是矩形截面懸臂梁應力腐蝕開裂試驗示意圖。圖2幾種恆位移加載的應力腐蝕開裂試驗中的試樣。圖2a是C型環試樣；圖2b是U型環試樣；圖2c是應力環試樣；圖2d是三點彎曲試樣；圖2e是四點彎曲試樣。圖3是WOL試樣。圖4a是本發明應力腐蝕開裂測試恆位移變形拉伸新試樣；圖4b是本發明試樣加墊塊以持恆位移加載示意圖；圖4c是本發明試驗方法使用到的墊片。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明的具體實施方式
做進一步詳細的說明，但不應以 此限制本發明的保護範圍。本發明提出一種新的板式試樣用線切割方法一次切割成型，然後在拉伸試驗機上 預加載，用位移傳感器測控被試部分的預應變量。這個預應變量可以根據需要預先按試驗 要求設定。然後用特製的符合精度要求的墊塊墊入特定位置。只要稍加卸載即可完成預加 載，然後便可投入使用。使用中即使發生了應力腐蝕開裂，但預加載處的位移量始終可以保 持不變，因此這種試樣應屬於恆應變型的應力腐蝕試樣。請參閱圖4a、圖4b、圖4c。本發明新型應力腐蝕試樣，包括試樣主體部分也即矩形 平板10，線切割部分9，墊塊12和完成預加載後的墊塊11。如圖4a 圖4c所示，試樣為矩形平板10形狀長100mm，寬45mm高5mm，將該板 式試樣用線切割方法一次切割成型，切割後形狀尺寸詳見圖4a，然後在拉伸試驗機上對試 樣沿長度方向進行預加載，用位移傳感器或應變片測控被試部分的預應變量。這個預應變 量可以根據需要預先按試驗要求設定。然後用特製的符合精度要求的墊塊12墊入特定位 置，墊片尺寸如圖4c長13mm，寬1mm，高5mm。只要稍加卸載即可完成預加載，然後便可 投入使用。使用中即使發生了應力腐蝕開裂，但預加載處的位移量始終可以保持不變，因此 這種試樣應屬於恆應變型的應力腐蝕試樣。這種試樣在預拉伸之後用墊塊固定，試樣卸載後墊塊給予試樣的作用力不至在線 切割圓弧的尖端產生過大的拉伸應力，而應以壓縮應力為主。一旦在試樣主體部分形成應
5力腐蝕開裂之後，裂紋將在開裂處不斷擴展。這種新試樣的載荷是在預拉伸加載後塞進墊 塊，最後完全卸載載荷便可獲得。多大的預拉伸載荷可以在中央線切割部位獲得多大的軸 向間隙，需要塞進多厚的墊塊可以在卸載回彈後再通過各部分變形協調而獲得有效的應力 或應變以推動發生應力腐蝕裂紋的開裂和擴展。在擴展過程中試樣主體的應力會發生松 弛，應力強度因子值會下降，最終可能會停止擴展，從而得到應力腐蝕應力強度因子KISCC。 下面以雙相不鏽鋼為例說明其試驗環境和試驗步驟。其他的材料可以根據需要，其試驗環 境可以相應改變。雙相不鏽鋼的試驗環境(1) 42 %沸騰Mgcl2溶液 (2)沸騰Nacl/NaOH混合溶液試驗步驟(1)將若干試樣製備成圖4a形狀，以準備做應力腐蝕開裂測試恆位移變形拉伸應 力腐蝕試驗。(2)配製42% Mgcl2溶液和Nacl/NaOH混合溶液。(3)搭建好試驗裝置，將製備好的試樣放入試驗環境中做應力腐蝕試驗，直至試樣 出現腐蝕裂紋。(4)取出試樣進行金相觀察，找出裂紋起始位置，做統計分析雙相不鏽鋼應力腐蝕機理。本發明恆位移板形拉伸應力腐蝕試樣可以具有以下的功能(1)應力腐蝕開裂敏感性試驗；(2)應力腐蝕開裂的臨界應力σ。測試；(3)應力腐蝕裂紋擴展速率da/dt測試及da/dt-l及關係曲線；(4)應力腐蝕裂紋的臨界應力強度因子Kiscc及K^t (時間)關係曲線。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並非用來限定本發明的實施範圍。任何 所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種的更動與 潤飾，因此本發明的保護範圍應當視權利要求書所界定範圍為準。
權利要求
一種新型應力腐蝕試樣，其特徵在於該試樣為矩形平板形狀，該板式試樣用線切割方法一次切割成型。
2.根據權利要求1所述的應力腐蝕試樣，其特徵在於該試樣長100mm，寬45mm高5mm。
3.一種新型應力腐蝕試樣的試驗方法，其特徵在於包括以下步驟步驟1、製備試樣，以準備做應力腐蝕開裂測試恆位移變形拉伸應力腐蝕試驗； 步驟2、配製42% Mgc 12溶液和Nacl/NaOH混合溶液；步驟3、搭建好試驗裝置，將製備好的試樣放入試驗環境中做應力腐蝕試驗，直至試樣 出現腐蝕裂紋；步驟4、取出試樣進行金相觀察，找出裂紋起始位置，做統計分析雙相不鏽鋼應力腐蝕機理。
全文摘要
本發明公開了一種新型應力腐蝕試樣及其試驗方法，該試樣為矩形平板形狀，該板式試樣用線切割方法一次切割成型。該方法包括以下步驟步驟1、製備試樣，以準備做應力腐蝕開裂測試恆位移變形拉伸應力腐蝕試驗；步驟2、配製42％MgCl2溶液和NaCl/NaOH混合溶液；步驟3、搭建好試驗裝置，將製備好的試樣放入試驗環境中做應力腐蝕試驗，直至試樣出現腐蝕裂紋；步驟4、取出試樣進行金相觀察，找出裂紋起始位置，做統計分析雙相不鏽鋼應力腐蝕機理。本發明試樣的加工非常方便，只要有板形試塊就可以用線切割一次加工完成。
文檔編號G01N3/08GK101881709SQ20101020758
公開日2010年11月10日 申請日期2010年6月23日 優先權日2010年6月23日
發明者關凱書, 孫玉芬, 楊景強, 王志文 申請人:華東理工大學