模拟高低空交变环境下30CrMnSiNi2A钢力学性能研究

目的研究30CrMnSiNi2A钢制腔体的力学性能影响及演化规律。方法借助高低温低气压试验和中性盐雾试验交替进行,模拟高低空交替变化的腐蚀环境。通过比较静力拉伸试验和疲劳试验的结果,进一步揭示预腐蚀对静力拉伸性能和疲劳性能的影响。结果经过预腐蚀处理,30CrMnSiNi2A钢制腔体的力学抗拉强度下降了0.73%,规定塑延伸强度上升了0.04%,断后伸长率下降了0.95%。疲劳寿命数据与对数疲劳寿命数据均符合正态分布,未发生明显变化。结论高低空交变环境下,腔体内部会发生一定程度的腐蚀,但由于腐蚀程度较小,对30CrMnSiNi2A钢力学性能影响不大。     

30CrMnSiNi2A钢壳体毛坯的温挤压成形工艺研究

针对30CrMnSiNi2A超高强度钢制壳体毛坯的结构特点和材料工艺特性,对该壳体毛坯的温挤压成形工艺进行了大量的试验研究;并采用"正交试验方法"对温挤压工艺参数进行了优化设计。经过理化检测和使用结果表明,采用温挤压工艺生产的30CrMnSiNi2A钢制壳体毛坯锻件完全满足壳体的使用要求,各项性能指标合格。     

腐蚀对30CrMnSiNi2A钢结构疲劳寿命的影响

采用周期浸润加速腐蚀试验与疲劳试验相结合的方法,研究了腐蚀及腐蚀与疲劳交替作用对某型飞机30CrMnSiNi2A机翼主梁疲劳寿命的影响.结果表明,腐蚀环境的影响会引起30CrMnSiNi2A高强度结构钢的疲劳寿命明显降低.与未腐蚀状态相比,预腐蚀5、10、15天后,某型飞机机翼主梁模拟件的平均疲劳寿命分别下降了17.3%、20.5%、33.2%;而在腐蚀与疲劳交替作用下,其平均疲劳寿命下降了22.8%.在给定的腐蚀环境和疲劳载荷谱作用下,平均疲劳寿命N50随预腐蚀时间t的变化可以用N50=1044.541-219.978t描述.     

腐蚀疲劳交替环境下0Cr16Ni5Mo1不锈钢的损伤行为研究

目的 研究腐蚀疲劳交替环境下0Cr16Ni5Mo1不锈钢的损伤行为。方法 通过开展0Cr16Ni5Mo1不锈钢在不同腐蚀疲劳交替次数下的试验,分析腐蚀疲劳交替频率对疲劳寿命、表面形貌等的影响规律,明确其腐蚀疲劳交替损伤机理。结果 腐蚀时间一定时,0Cr16Ni5Mo1不锈钢试验件的疲劳寿命随着腐蚀疲劳交替频率的增加而增加。交替频次较低时,疲劳断裂部位主要发生在试验件表面或侧面的腐蚀损伤处;交替频次较高时,疲劳断裂部位开始内部缺陷处出现。试验件表面附着的腐蚀产物随着交替周期的进行而减少,但随着交替次数的增加,基体截面深处出现腐蚀产物。结论 0Cr16Ni5Mo1不锈钢试验件的疲劳寿命随交替次数的增加呈现指数函数规律的增长趋势。腐蚀-疲劳交替作用下,0Cr16Ni5Mo1不锈钢的表面腐蚀损伤形式主要为点蚀,裂纹主要萌生于试件表面的缺陷处,腐蚀加速了裂纹萌生的进程。交替次数的增加促进了表面和缺陷处钝化膜的生成,以及腐蚀产物在缺陷内部的堆积,从而使试验件寿命增大。     

AlN覆铜板盐雾环境下的退化行为研究

目的 研究AlN覆铜板在盐雾环境下的性能退化及其微观机制。方法 采用交替喷雾和干燥方法对AlN覆铜板进行15周期的中性盐雾试验,并在第1、3、6、10、15周期时检测其相关性能。主要通过击穿电压测试、介电性能测试和导热性能测试等方法,分别评价AlN覆铜板的电绝缘特性、介电损耗及导热系数,并通过扫描电镜和能谱测试对试样表面/截面微观形貌和元素变化进行分析。结果 AlN覆铜板导热系数和击穿电压随盐雾试验周期的增长而逐渐退化,最大退化率分别为13.2%和73.8%。介电损耗明显增加,盐雾试验15周期后,在低频区域的最大值约为1.3。Cu电极发生明显腐蚀,生成大量绿色腐蚀产物,导致表面Ni-P镀层脱落失效。H₂O分子扩散进入AlN陶瓷内部,在局部区域造成陶瓷水解,逐渐形成微裂纹。结论 盐雾试验过程中,Ni-P镀层逐渐开裂剥落,Cu电极表面最终形成大面积疏松多孔的腐蚀产物层。H₂O、Cl^–、Na⁺等逐渐溶解扩散进入AlN陶瓷,导致陶瓷中空位、裂纹、杂质缺陷浓度增加,二者都会增强导热过程中的声子-缺陷散...     

离子镀铝与离子液体电镀铝涂层性能对比研究

目的对比研究离子镀铝和离子液体电镀铝两种涂层的性能。方法针对高强度钢表面环保表面处理的需求,对比研究300M钢表面离子镀铝和离子液体电镀铝两种涂层,采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱(EDS)等对两种涂层的表面、断面微观形貌和成分进行表征;采用原子力显微镜(AFM)对两种涂层表面三维形貌和粗糙度进行观察和测量;采用电偶腐蚀测试两种涂层与铝合金的电偶腐蚀性能;采用缺口试样拉伸方法检测两种涂层对300M钢基体氢脆性能的影响;采用5%Na Cl人工海水周浸试验的方法检测两种涂层的耐蚀性能,与电镀镉钛镀层进行对比,采用电化学方法对涂层试验前后的阻抗谱特性进行检测分析。结果两种涂层表面形貌存在较大差异,离子镀铝经过致密化处理后,表面为均匀的圆饼状形貌,致密度很高,粗糙度约为0.88μm,而离子液体电镀铝涂层表面则为圆顶状的凸起物组成,没有明显的孔洞缺陷,粗糙度约为0.71μm;电偶腐蚀测试显示,两种涂层都能够与铝合金相容连接;缺口试样的拉伸试验结果显示,两种涂层的对基体的氢脆性能没有影响;腐蚀试验结果显示,两种涂层对于300M钢基体都具有良好的保护效果,与传统的电镀镉钛相当,具备了未来替代镉类镀层的潜质。结论两种涂层均匀致密,没有明显的气孔、裂纹等缺陷,电偶腐蚀性能优异,对300M钢基体都不会产生氢脆隐患,耐蚀性能优异。     

钢板弹簧断裂失效行为研究

目的研究汽车钢板弹簧断裂失效的原因。方法通过化学成分分析、硬度测试、断口形貌分析、金相组织分析等手段研究汽车钢板弹簧的失效行为。结果由于表面脱碳层过深,使得表面疲劳强度及耐蚀性降低,同时因长时间腐蚀作用在表面产生腐蚀坑及腐蚀裂纹,并且在循环外力作用下,腐蚀缺陷处产生应力集中,早期裂纹萌生于表面腐蚀缺陷处并扩展,最终导致腐蚀疲劳断裂。结论通过控制热处理条件、增加加工余量并去除脱碳层、表面喷丸处理等措施,钢板弹簧表面耐蚀及抗疲劳性能大幅提高,可有效避免脱碳引起的腐蚀疲劳断裂。     

钛合金表面微弧氧化涂层在模拟海洋环境下摩擦腐蚀规律研究

目的 研究TC17钛合金及其表面微弧氧化(Microarc Oxidation,MAO)涂层在模拟海洋大气环境下发生摩擦腐蚀行为的规律及特征.方法 利用微弧氧化技术,在TC17钛合金表面原位生长MAO涂层,通过SEM、EDS以及XRD对MAO涂层微观结构、元素分布以及相组成进行检测分析.采用电化学工作站和摩擦腐蚀设备研究试样在模拟海洋环境条件下的耐腐蚀及摩擦腐蚀的性能.结果 在硅酸盐中制备的MAO涂层,表面微孔尺寸较小,且分布均匀,MAO涂层与基体结合良好,无明显微裂纹等缺陷的存在,其平均厚度约为15.8μm.MAO涂层主要有金红石相、锐钛矿相和SiO2相组成.MAO涂层的自腐蚀电位较基体有所提高,而其钝化电流密度则显著降低.MAO涂层在腐蚀液中表现出较低的摩擦系数,开路电位缓慢降低.结论 TC17基体表面氧化膜在摩擦开始瞬间发生破裂,难以起到有效的防护作用,而MAO涂层由硬度较高的金红石相和SiO2相组成,在摩擦腐蚀过程中,能够起到优异的耐磨损腐蚀的作用.     

35Cr2Ni4MoA材料表面碳化钨处理耐蚀性研究

目的对比研究35Cr2Ni4Mo A材料的传统镀硬铬和碳化钨WC-10Co-4Cr两种表面处理的耐蚀性能,方法开展35Cr2Ni4Mo A材料两种表面处理的实验室加速腐蚀环境试验,研究两种表面处理腐蚀行为特点。加速腐蚀试验共8个周期,通过蚀坑深度、腐蚀面积、单位面积腐蚀数量等描述35Cr2Ni4Mo A材料表面腐蚀情况。结果试验结果表明,35Cr2Ni4Mo A材料采用碳化钨WC-10Co-4Cr表面处理相较于传统镀硬铬表面处理的耐蚀性好。结论碳化钨WC-10Co-4Cr表面处理有效提高海洋环境下35Cr2Ni4Mo A材料表面耐蚀性能。     

沿海机场某型飞机典型结构件自然曝晒试验研究

目的研究某型飞机典型结构件的腐蚀机理。方法在海南陵水机场进行自然曝晒试验,采用表面宏观形貌记录和微观形貌表征法、腐蚀产物物相分析等手段对基体及上覆防护体系的腐蚀、老化性能进行评估,进而得出该型飞机不同部位的防护性能变化规律。结果其中试件边缘、与螺栓直接接触的部位和试件连接处涂层老化、脱落最为严重,涂层脱落后裸露的基体也会出现较为严重的腐蚀现象;而一般远离螺栓、边缘和断口的区域则涂层老化、脱落均匀,腐蚀程度较轻。结论相同环境谱作用下,受力壁板连接关键部位不同部位发生腐蚀的类型、机理不同。     

30CrMnSiA高强钢在北京地区的大气腐蚀研究

利用失重分析、形貌观察、断面分析和电化学交流阻抗谱等研究了30CrMnSiA高强钢在北京地区大气腐蚀的动力学规律和腐蚀特征。结果表明,30CrMnSiA高强钢在北京的大气腐蚀速率经历了腐蚀初期由快到慢和腐蚀3 a后由慢到快的过程。在大气暴露1,2,3,5 a的30CrMnSiA样品中,暴露3 a的样品锈层最致密,对侵蚀性离子的阻挡作用最强,相应腐蚀速率最低;30CrMnSiA高强钢在大气腐蚀的锈层既可以生长得非常致密,也可因为过厚产生内应力,从而导致锈层破裂;3 a后,30CrMnSiA样品锈层的开裂加速了腐蚀。     

7A52铝合金及25CrMnSiA钢焊接件海洋大气应力腐蚀试验研究

目的研究7A52铝对接焊拉伸试样、25CrMnSiA钢对接焊拉伸试样的海洋大气应力腐蚀行为。方法利用自行设计制作的恒载荷大气应力腐蚀试验装置,在海南万宁站海洋大气环境中,分别采用7A52铝对接焊拉伸试样、25CrMnSiA钢对接焊拉伸试样进行海洋大气应力腐蚀试验研究。对试验中断裂的试样和未断裂的试样,进行表面腐蚀形貌、断口形貌、显微组织、显微硬度分布等分析。结果 7A52铝焊接件断裂在焊接部位,Cl-富集于SCC部分的含钙或含硫的第二相质点,促进了7A52铝焊接件应力腐蚀开裂。海洋大气应力腐蚀试验的25CrMnSiA钢焊接件断裂在母材部位,而实验室拉伸试验断裂在焊接部位。结论两种焊接件在海南海洋大气环境下均存在应力腐蚀开裂,裂纹萌生、扩展于朝向海洋方向的试样表面,存在"风脆"现象。     

一种新型油井管材机械及防腐性能研究

目的重点评价一种新型油井管钢材00Cr9材质的拉伸强度、冲击韧性、硬度及螺纹连接等力学性能和防腐性能,为该新材质的使用条件提供理论依据。方法力学性能方面,根据GB/T 228—2002《金属材料室温拉伸试验方法》对00Cr9-110钢级的材料试样(2个)进行抗拉强度、屈服强度标准测试,参考API SPEC5CT(2011)对该材质(2个试样)的夏比V形缺口冲击韧性(CVN吸收能)进行测试。选取00Cr9管材(00Cr9-110钢级)和马氏体不锈钢13Cr两种材质进行显微维氏硬度对比测试,同时联合国家石油管材质量监督检验中心对00Cr9管材的螺纹连接性能进行实验分析。防腐性能方面,采用腐蚀质量损失实验和硫化氢环境下抗应力腐蚀开裂(Stress Corrosion Cracking,SCC)实验分别对其防二氧化碳(CO2)和硫化氢(H2S)的耐蚀性能进行评价。腐蚀模拟实验采用磁力驱动反应釜来模拟实际腐蚀工况环境,实验过程中通过调节釜的转速带动试片模拟流速。材料的常温常压SCC实验设计的实验条件为NACE A溶液,设计加载80%实际屈服强度,温度为24℃,实验气体为0.1 MPa H2S,实验周期为30天,加载强度的方式包括C形环及单轴拉伸。结果00Cr9材质较常规13Cr管材降低了金属中的含碳量,并细化了晶粒组织,使钢材中的杂质均匀化,减少了金相中的组织缺陷,从而提高了油井管的机械强度与耐蚀性能,大幅提高了现场作业效率。该材质的抗拉强度和冲击韧性满足要求,维氏硬度(HV1=256)出现硬度轻微超标的现象(规定HV1<250),螺纹连接性能达标。在低温含CO2的环境中点蚀速率很小,主要为均匀腐蚀,腐蚀质量损失满足要求。应力腐蚀开裂敏感性高,容易发生硫化物应力腐蚀开裂,不满足NACE MR0175抗硫要求。建议在90℃以下、含CO2和不含H2S的井下环境中使用。结论目前00Cr9材质油井管价格低于普通13Cr材质管材,在渤海区域大规模应用可降低油田开发成本,未来有望在渤海地区取代目前常用的13Cr材质油井管材。     

过电位抛光增材制造双极板流道结构及性能研究

目的 研究过电位抛光对不锈钢异形截面微流道内壁成形性及双极板性能的影响。方法 采用电化学实验、扫描电子显微镜（SEM）、粗糙度测试分别对激光粉末床熔融技术成形异形截面微流道进行测试分析,研究抛光时间对微流道内壁表面形貌、典型缺陷、表面粗糙度及双极板耐腐蚀性的影响。结果 在抛光前10 min,微流道内壁的质量得到有效提升,随着抛光时间的延长,其表面粗糙度达到稳定值,同时典型缺陷也由黏粉、半熔金属颗粒等局部缺陷逐渐变化到球化、挂渣、阶梯效应等大范围缺陷,直至出现点蚀现象。抛光时间在5～15 min内,LPBF成形316L不锈钢表面质量提升,随着抛光时间的增加,其耐腐蚀性下降。结论 采用过电位抛光工艺并选择适当的过电位抛光时间,能有效提升微流道内壁成形质量及双极板耐腐蚀性能。     

高强钢海洋环境应力腐蚀破裂敏感性的控制因素

首先在不同含碳量的CrMo系列钢上,就模拟海水中应力腐蚀抗力和破裂方式、屈服强度、晶界特性和晶内显微组织随含碳量和回火温度的变化关系进行综合测试分析,得出了碳化物分布尤其是原奥氏体晶界的碳化物微层对高强钢应力腐蚀破裂行为有控制作用的新观点。该观点在实用于装备的高强钢30Cr3SiNiMoV、37SiMnCrMoV和30CrMnSiA以及弹簧钢65Mn在各种环境的应力腐蚀和氢脆行为上得到了验证。