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基于SENB和IM法的特种陶瓷断裂韧性试验研究

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兵器材料科学与工程 2023年第5期46卷 86-93页

作者：梁景恒郑自芹董园园尹飞韩晗张中东张子博中国兵器工业集团第五二研究所烟台分所山东烟台264003 驻烟台军代室山东烟台264003

以氮化硅(Si_(3)N_(4))、碳化硅(SiC)、碳化硼(B_(4)C)为研究对象,通过单边切口梁法获得陶瓷缺口尺寸和断裂韧性关系模型,并开展基于模型结果验证压痕法适用性的试验研究。结果表明:单边切口梁法测得的断裂韧性与切口尖端曲率直径存在... 详细信息

以氮化硅(Si_(3)N_(4))、碳化硅(SiC)、碳化硼(B_(4)C)为研究对象,通过单边切口梁法获得陶瓷缺口尺寸和断裂韧性关系模型,并开展基于模型结果验证压痕法适用性的试验研究。结果表明:单边切口梁法测得的断裂韧性与切口尖端曲率直径存在拟合相关性R>0.95的指数函数关系,在切口尖端直径约20μm时出现拐点,激光熔融切口获得的断裂韧性与基于指数函数计算裂纹条件下的断裂韧性相当。压痕法在满足表面压痕裂纹形貌的前提下,大载荷产生的裂纹受显微组织影响扩展进程不一致及多裂纹交汇形成台阶等,使裂纹内部呈不规则的半月型,计算结果与基准值差异较大。经基准值验证,氮化硅推荐压痕法载荷为49 N,碳化硅为29.4 N,计算公式为Evans,碳化硼推荐载荷为9.8 N,计算公式为ISO,获得的断裂韧性均在基准值±10%误差内。

关键词：特种陶瓷断裂韧性压痕法单边切口梁法半月型裂纹

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基于氧化锆陶瓷粒径控制的断裂韧性研究

兵器材料科学与工程 2022年第5期45卷 136-141页

作者：张涛郑自芹王彦莉许西庆梁景恒于壮壮张子博中国兵器科学研究院宁波分院山东烟台264003 长安大学陕西西安710061

为研究颗粒尺寸对氧化锆陶瓷断裂韧性的影响规律,探索t-ZrO_(2)在断裂和压痕过程中发生马氏体相变的倾向,用无压烧结制备氧化锆(3%Y_(2)O_(3),摩尔分数)陶瓷,经1400℃和1500℃烧结,得到陶瓷试样颗粒尺寸分别为290 nm和780 nm。用压痕法... 详细信息

为研究颗粒尺寸对氧化锆陶瓷断裂韧性的影响规律,探索t-ZrO_(2)在断裂和压痕过程中发生马氏体相变的倾向,用无压烧结制备氧化锆(3%Y_(2)O_(3),摩尔分数)陶瓷,经1400℃和1500℃烧结,得到陶瓷试样颗粒尺寸分别为290 nm和780 nm。用压痕法和单边切口梁法测定氧化锆陶瓷的断裂韧性,通过X射线衍射和拉曼光谱分析压痕中不同区域的相变。结果表明:粗颗粒氧化锆陶瓷的硬度和弯曲强度均低于细颗粒陶瓷,但粗颗粒陶瓷的断裂韧性更高;细颗粒试样几乎未发生马氏体相变;粗颗粒陶瓷在断面中单斜相氧化锆的体积分数为26%,在压痕中心和裂纹尖端的单斜相体积分数分别为42.2%和18.5%,对阻碍裂纹扩展提高断裂韧性起重要作用。

关键词：氧化锆陶瓷颗粒尺寸马氏体相变断裂韧性拉曼光谱

06Cr19Ni10不锈钢焊接水箱腐蚀失效分析

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兵器材料科学与工程 2022年第4期45卷 120-124页

作者：郑自芹梁景恒张大江滕全全徐智宝王萌于壮壮中国兵器科学研究院宁波分院山东烟台264003

06Cr19Ni10不锈钢焊接水箱注水试验3个月即发生腐蚀并穿孔漏水。通过对水质与成分、金相组织、腐蚀孔SEM形貌、TEM微观结构、X射线衍射、电化学分析与点蚀模拟试验,研究了该水箱发生腐蚀穿孔的原因,并对06Cr19Ni10不锈钢的点蚀机理进行... 详细信息

06Cr19Ni10不锈钢焊接水箱注水试验3个月即发生腐蚀并穿孔漏水。通过对水质与成分、金相组织、腐蚀孔SEM形貌、TEM微观结构、X射线衍射、电化学分析与点蚀模拟试验,研究了该水箱发生腐蚀穿孔的原因,并对06Cr19Ni10不锈钢的点蚀机理进行了分析探讨。结果表明:母材的Ecorr低于焊接飞溅是导致水箱发生点蚀的首要原因;形变诱发的马氏体对06Cr19Ni10热轧不锈钢水箱的抗点蚀性能影响不利;条状铁素体及板条状马氏体位错缠结是腐蚀沿轧制方向呈纤维状的主要原因。

关键词： 06Cr19Ni10不锈钢焊接水箱点蚀电位差形变诱发马氏体

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磷酸料浆泵叶轮用不锈钢材质探究

磷酸料浆泵叶轮用不锈钢材质探究

作者：梁景恒山东大学

学位级别：硕士

磷酸料浆成分复杂,在料浆运输过程中,料浆泵叶轮受到腐蚀和固液双相流冲刷磨损的交互作用,加速叶轮失效。经过长时间的使用与验证,Cr30高碳高铬不锈钢高的硬度和优良的耐腐蚀能力,以及节约贵重金属镍的经济意义,使其在众多耐蚀合金中脱... 详细信息

磷酸料浆成分复杂,在料浆运输过程中,料浆泵叶轮受到腐蚀和固液双相流冲刷磨损的交互作用,加速叶轮失效。经过长时间的使用与验证,Cr30高碳高铬不锈钢高的硬度和优良的耐腐蚀能力,以及节约贵重金属镍的经济意义,使其在众多耐蚀合金中脱颖而出。但是它本身也有很大的缺点：为了提高耐磨性而增加含碳量,含碳量比较高必然消耗过多的铬元素,碳化物沿晶界分布,晶界临近处含铬量降低,容易引发晶间腐蚀;Cr30原始基体为铁素体组织,脆性大,塑性差,成品率很低。因此,改变碳化物的分布,提高基体的韧性、硬度以及抗腐蚀能力,改善其成型能力和成品率,具有重要的意义。本课题是在实验室的条件下,首先对Cr30高碳高铬铁素体不锈钢材料的组织和性能有了基本的了解,发现碳含量增多奥氏体组织出现,使得碳化物分布弥散并且韧性增加,所以考虑添加奥氏体稳定化元素,然后将微合金化、变质、奥氏体化(加氮、镍)以及热处理等进行不同的组合,对Cr30原材料进行改善,借助(高倍)视频显微镜、硬度计、冲击试验机及扫描电镜SEM、XRD等对组织以及从组织中腐蚀出来的碳化物形貌进行分析,同时并用LK2005A电化学工作站测量其极化曲线。实验结果表明：Cr30基体为铁素体,其固溶碳元素能力有限,大部分碳元素会以碳化物形式分布在境界,K/Na稀土复合变质剂不能够改变原始状态下Cr30中碳化物分布,但是一定范围内能够细化晶粒;当引入氮元素时,晶粒先得到细化,并伴随着碳化物的细化分散,热处理能进一步弥散碳化物;加入镍之后,铸态下基体中存在奥氏体组织,碳化物开始断网,继续添加氮元素,碳化物已经不再呈现网状,而此时变质剂有效,使组织更均匀,碳化物更加弥散,而此时热处理也有效,能够使碳化物网薄弱处断开,碳化物尖端变得圆钝。对结果进行分析：单独加入氮元素,氮元素能够和铬元素化合为氮化物,而碳氮化物互溶,氮作为表面活性元素优先在晶界偏聚,可以作为碳化物形成的核心,同时氮元素还能够降低铬的扩散系数,阻碍碳化物的长大,故而碳化物数量增多,更加弥散分布,细化晶粒,碳化物形貌并未发生变化,氮单独使用稳定奥氏体能力并不突出,主要作用是细化碳化物;当材料中加入镍之后组织中出现明显的奥氏体组织,碳化物形貌开始发生变化,继续添加氮元素时奥氏体组织增多,碳化物形貌也发生剧烈变化,分析为奥氏体组织的出现,固溶了碳化物中部分碳元素,使碳化物薄弱部分得以断开,复合变质剂能够使组织均匀化,配以热处理能够使碳化物更加弥散分布,硬度提高。性能测试：Cr30高碳高铬铁素体不锈钢原始状态下硬度为HRC22.7,冲击韧性值2.1J/cm2,其腐蚀极化曲线中临界电位是-0.544V,腐蚀速度为2.1288mg/cm2·h;而改善后最终状态下硬度为HRC42.9,冲击韧性为22.6J/cm2,其腐蚀极化曲线中临界电位是-0.352V,腐蚀速度0.11629mg/cm2·h。

关键词： Cr30 微合金化变质碳化物形貌临界电位

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异种铝合金MIG焊接接头的疲劳破坏行为

兵器材料科学与工程 2022年第3期45卷 99-104页

作者：郑自芹徐智宝张文亮张大江梁景恒张中东王萌于壮壮中国兵器科学研究院宁波分院山东烟台264003 内蒙古特种设备检验研究院包头分院内蒙古包头014032

用高频疲劳试验机、显微硬度计、OM、SEM、XRD等设备研究了5454-H24/6106-T6异种铝合金MIG焊接接头的显微组织及疲劳性能。结果表明:焊缝区为等轴晶组织,由α-Al基体+少量[FeMgO]析出相组成,5454-H24铝合金侧熔合区为α-Al基体+Al-Mg共... 详细信息

用高频疲劳试验机、显微硬度计、OM、SEM、XRD等设备研究了5454-H24/6106-T6异种铝合金MIG焊接接头的显微组织及疲劳性能。结果表明:焊缝区为等轴晶组织,由α-Al基体+少量[FeMgO]析出相组成,5454-H24铝合金侧熔合区为α-Al基体+Al-Mg共晶,6106-T6铝合金侧熔合区为α-Al基体+Al-Si共晶;拉伸试样断裂位置与6106-T6铝合金侧软化区一致;带余高焊接接头疲劳极限σ_(-1)=115 MPa,疲劳极限比σ_(-1)/R_(m)=56%,去除焊缝余高后焊接接头疲劳强度提升6.9%。低应力下疲劳源多位于焊缝表面气孔、疏松等焊接缺陷处,高应力下裂纹更易在焊缝边部的焊接缺陷处萌生。焊缝余高和焊接缺陷是影响焊接接头疲劳性能的主要因素。

关键词： 5454-H24/6106-T6异种铝合金 MIG焊接显微组织疲劳性能

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异种铝合金铆接接头腐蚀疲劳行为研究

兵器材料科学与工程 2022年第3期45卷 71-75页

作者：武永寿韩晓辉徐智宝李刚卿谈雅群梁景恒郑自芹中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛266111 中国兵器科学研究院宁波分院山东烟台264003

用质量分数为3.5%的NaCl溶液70℃腐蚀5 mm厚6082-T6/6005A-T6异种铝合金铆接接头,研究其疲劳破坏行为。结果表明:空气中铆接接头疲劳极限为4.48 kN,失效位置为铆体帽沿根部;腐蚀介质中铆接接头疲劳极限为3.6 kN,腐蚀疲劳载荷大于4 kN时... 详细信息

用质量分数为3.5%的NaCl溶液70℃腐蚀5 mm厚6082-T6/6005A-T6异种铝合金铆接接头,研究其疲劳破坏行为。结果表明:空气中铆接接头疲劳极限为4.48 kN,失效位置为铆体帽沿根部;腐蚀介质中铆接接头疲劳极限为3.6 kN,腐蚀疲劳载荷大于4 kN时,失效位置与空气中一致,低于4 kN时疲劳裂纹始于6005A侧母材表面约500μm厚的粗晶层,且沿晶开裂。去除粗晶层制成的铆接接头腐蚀疲劳极限为3.97 kN,疲劳载荷低于4 kN时,裂纹始于表面细晶,并存在约50μm沿晶开裂。腐蚀环境改变了铆接接头疲劳失效模式,6005A铝合金与异种材质相比在腐蚀介质中腐蚀电位最低,表层晶粒尺寸和晶界析出相是影响铆接接头腐蚀疲劳性能的主要因素。

关键词： 6082-T6/6005A-T6异种铝合金铆接接头腐蚀疲劳性能粗晶层腐蚀电位

6A01-T5铝合金型材焊接接头疲劳性能研究

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热加工工艺 2023年第11期52卷 43-48页

作者：矫增田孟祥亮滕全全刘鹏鹏张晓磊梁景恒中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛266111 中国兵器工业第五二研究所烟台分所有限责任公司山东烟台264003

对6A01铝合金型材MIG焊和激光-MIG复合焊接头进行疲劳试验,对比研究两种焊接接头的疲劳性能。结果表明:激光-MIG复合焊接头余高试样、平滑试样的中值疲劳强度分别为93.38、108.57 MPa,均比MIG焊接头余高试样、平滑试样的高。激光-MIG复... 详细信息

对6A01铝合金型材MIG焊和激光-MIG复合焊接头进行疲劳试验,对比研究两种焊接接头的疲劳性能。结果表明:激光-MIG复合焊接头余高试样、平滑试样的中值疲劳强度分别为93.38、108.57 MPa,均比MIG焊接头余高试样、平滑试样的高。激光-MIG复合焊接头有更窄的熔合区和更为细小的晶粒组织,从而降低了疲劳裂纹萌生与裂纹扩展速率,较MIG焊接头有更好的疲劳性能,MIG焊接头焊缝表面的应力集中处、亚表面气孔、疏松等缺陷是疲劳裂纹萌生的敏感部位,大大降低了疲劳裂纹萌生寿命。减少铝合金焊接接头表面应力集中和焊接缺陷是提高其疲劳性能的关键。

关键词： 6A01铝合金疲劳性能焊接接头激光-MIG焊 MIG焊

301L不锈钢电阻点焊搭接接头疲劳性能研究

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金属加工（热加工） 2023年第12期 55-59页

作者：梁景恒陈俊宏于壮壮张子博董园园张涛中国兵器工业第五二研究所烟台分所有限责任公司山东烟台264003

将0.8~4.0mm厚301L不锈钢分别制成不同板厚组合的常规和特殊带翼板的电阻点焊搭接试样,利用Patron模拟软件对不同试样受力状态进行计算,在实验室条件下进行试样疲劳测试并获得接头中值疲劳极限,对电阻点焊应力分布与疲劳极限关系进行分... 详细信息

将0.8~4.0mm厚301L不锈钢分别制成不同板厚组合的常规和特殊带翼板的电阻点焊搭接试样,利用Patron模拟软件对不同试样受力状态进行计算,在实验室条件下进行试样疲劳测试并获得接头中值疲劳极限,对电阻点焊应力分布与疲劳极限关系进行分析。研究结果表明:疲劳破坏源于靠近熔核的热影响区,此处为最大应力集中点;搭接电阻点焊疲劳强度与试样的板厚有关,板厚越厚,试样刚性越高,应力集中处最大应力越低,疲劳极限也越高;增加翼板后试样刚性增加,有效降低应力集中处最大应力,进一步提高试样的疲劳性能,测试结果也更加符合实际工况大部件周围约束条件下真实的疲劳强度。

关键词： 301L不锈钢电阻点焊疲劳刚性

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AZ陶瓷X射线数字成像最高允许管电压研究

物理测试 2022年第3期40卷 62-67页

作者：朱贵锋郑自芹焦钟斌梁景恒李帅王琰中国兵器工业第五二研究所烟台分所有限责任公司山东烟台264003

采用X射线数字成像检测方法(DR)分别对厚度为6、8、10、12 mm的AZ陶瓷片(ZrO_(2)增韧Al_(2)O_(3))进行检测,通过分析检测图像分辨率、灵敏度及归一化信噪比等指标,研究其最高允许管电压。结果表明:当曝光量要求不小于0.5 mA·s时,6、8... 详细信息

采用X射线数字成像检测方法(DR)分别对厚度为6、8、10、12 mm的AZ陶瓷片(ZrO_(2)增韧Al_(2)O_(3))进行检测,通过分析检测图像分辨率、灵敏度及归一化信噪比等指标,研究其最高允许管电压。结果表明:当曝光量要求不小于0.5 mA·s时,6、8、10、12 mm AZ陶瓷DR检测的最高允许管电压分别为80、95、105、115 kV;对于数字阵列探测器而言,管电压升高引起的信噪比升高对灵敏度的影响程度大于对比度降低的影响程度,在管电压能够穿透被检工件的前提下,随着管电压的升高,检测灵敏度不会发生明显变化;管电压在190 kV以下时,保证归一化信噪比大于120可得到满足GB/T 35388—2017标准B级检测技术质量的图像。

关键词： X射线数字成像检测 AZ陶瓷最高允许管电压