鈦合金焊接件在氫環(huán)境中服役面臨著氫脆斷裂風(fēng)險,斷裂韌度對鈦合金損傷容限設(shè)計至關(guān)重要。研究充氫量對鈦合金焊接接頭斷裂韌度、斷口形貌和斷裂方式的影響,揭示了固溶氫、氫化物導(dǎo)致焊接接頭斷裂韌度演變的微觀機(jī)理。充氫0～0.21wt.%CT試樣斷裂韌度KQ值由39.6MPa·m1/2減小到22.1MPa·m1/2,擴(kuò)展區(qū)斷口形貌由大量韌窩+局部少量脆性斷裂轉(zhuǎn)為脆性斷裂,氫致斷裂韌度損失和脆性斷裂加劇。應(yīng)力誘導(dǎo)氫擴(kuò)散使固溶氫局部富集形成富氫氣團(tuán),氣團(tuán)存在內(nèi)壓剪切分量使產(chǎn)生局部塑性變形所需外應(yīng)力下降,焊接接頭表觀屈服應(yīng)力下降,促進(jìn)微裂紋在低KI下孕育。位錯運(yùn)動無法直接切過大尺寸氫化物,位錯塞積在氫化物界面處,致局部應(yīng)力集中,微裂紋在氫化物界面處孕育;同時氫化物為軟基體金屬中的一種脆性相,應(yīng)力集中致其產(chǎn)生高應(yīng)變,氫化物自身斷裂,微裂紋在氫化物內(nèi)部孕育;固溶氫、氫化物均致焊接接頭加速開裂。 

【文章來源】：機(jī)械工程學(xué)報. 2020,56(16)北大核心

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

CT試樣低倍斷口形貌

月2020年8月劉全明等：氫致TA10鈦合金焊接接頭斷裂韌度演變研究57圖4不同充氫量CT試樣斷口預(yù)裂區(qū)形貌圖5不同充氫量CT試樣斷口擴(kuò)展區(qū)形貌4氫致斷裂韌度演變機(jī)理低氫焊接接頭中含有固溶氫，CT試樣在循環(huán)加載條件下產(chǎn)生應(yīng)力梯度，應(yīng)力誘導(dǎo)氫擴(kuò)散致固溶氫發(fā)生局部富集；氫致弱鍵、氫致表面能下降和氫致局部塑性變形理論研究表明：固溶氫致焊接接頭加速開裂。高氫焊接接頭中析出氫化物，在小應(yīng)力作用下，氫化物自身斷裂或沿基體界面開裂，促進(jìn)微裂紋形成，加速焊接接頭開裂。斷裂韌度表征材料抵抗裂紋擴(kuò)展能力，氫致焊接接頭斷裂韌度下降表觀原因?yàn)闅浼铀俸附咏宇^開裂，其本質(zhì)為氫致開裂所需應(yīng)力強(qiáng)度因子KI持續(xù)下降。本節(jié)借助氫致表觀屈服強(qiáng)度下降和微裂紋孕育位錯塞積理論，探討固溶氫、氫化物致焊接接頭斷裂韌度演變微觀機(jī)理。4.1氫致表觀屈服強(qiáng)度下降理論氫致局部塑性變形理論[18]研究表明：任何斷裂過程均為局部塑性變形發(fā)展至臨界狀態(tài)的必然結(jié)果。高氫焊接接頭斷口呈脆性沿晶斷裂形貌，微裂紋萌生、擴(kuò)展以位錯運(yùn)動(局部塑性變形)為先決條件，沿晶裂紋擴(kuò)展與局部塑性變形關(guān)系密切。微裂紋擴(kuò)展阻力主要源自裂紋擴(kuò)展前端塑性變形功UP，如式(1)所示[19]，臨界應(yīng)力場強(qiáng)度因子*ICK與1/2PU呈正比，局部塑性變形范圍和程度越小，UP越小，則*ICK越校在氫致開裂過程，應(yīng)力強(qiáng)度因子KI較高時，斷口為韌窩斷裂；KI較低時，斷口轉(zhuǎn)為準(zhǔn)解理或沿晶斷裂。氫致焊接接頭氫脆敏感性提升，微裂紋萌生所需應(yīng)力強(qiáng)度因子KI持續(xù)下降，若KI明顯下降，斷口由韌性轉(zhuǎn)為脆性斷裂。斷口呈韌窩或脆性斷裂，主要區(qū)別在于開裂前局部塑性變形范圍和程度存在?

月2020年8月劉全明等：氫致TA10鈦合金焊接接頭斷裂韌度演變研究57圖4不同充氫量CT試樣斷口預(yù)裂區(qū)形貌圖5不同充氫量CT試樣斷口擴(kuò)展區(qū)形貌4氫致斷裂韌度演變機(jī)理低氫焊接接頭中含有固溶氫，CT試樣在循環(huán)加載條件下產(chǎn)生應(yīng)力梯度，應(yīng)力誘導(dǎo)氫擴(kuò)散致固溶氫發(fā)生局部富集；氫致弱鍵、氫致表面能下降和氫致局部塑性變形理論研究表明：固溶氫致焊接接頭加速開裂。高氫焊接接頭中析出氫化物，在小應(yīng)力作用下，氫化物自身斷裂或沿基體界面開裂，促進(jìn)微裂紋形成，加速焊接接頭開裂。斷裂韌度表征材料抵抗裂紋擴(kuò)展能力，氫致焊接接頭斷裂韌度下降表觀原因?yàn)闅浼铀俸附咏宇^開裂，其本質(zhì)為氫致開裂所需應(yīng)力強(qiáng)度因子KI持續(xù)下降。本節(jié)借助氫致表觀屈服強(qiáng)度下降和微裂紋孕育位錯塞積理論，探討固溶氫、氫化物致焊接接頭斷裂韌度演變微觀機(jī)理。4.1氫致表觀屈服強(qiáng)度下降理論氫致局部塑性變形理論[18]研究表明：任何斷裂過程均為局部塑性變形發(fā)展至臨界狀態(tài)的必然結(jié)果。高氫焊接接頭斷口呈脆性沿晶斷裂形貌，微裂紋萌生、擴(kuò)展以位錯運(yùn)動(局部塑性變形)為先決條件，沿晶裂紋擴(kuò)展與局部塑性變形關(guān)系密切。微裂紋擴(kuò)展阻力主要源自裂紋擴(kuò)展前端塑性變形功UP，如式(1)所示[19]，臨界應(yīng)力場強(qiáng)度因子*ICK與1/2PU呈正比，局部塑性變形范圍和程度越小，UP越小，則*ICK越校在氫致開裂過程，應(yīng)力強(qiáng)度因子KI較高時，斷口為韌窩斷裂；KI較低時，斷口轉(zhuǎn)為準(zhǔn)解理或沿晶斷裂。氫致焊接接頭氫脆敏感性提升，微裂紋萌生所需應(yīng)力強(qiáng)度因子KI持續(xù)下降，若KI明顯下降，斷口由韌性轉(zhuǎn)為脆性斷裂。斷口呈韌窩或脆性斷裂，主要區(qū)別在于開裂前局部塑性變形范圍和程度存在?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號：3063983