慢应变速率应力腐蚀试验机培训课件

慢应变速率应力腐蚀试验机SLOWSTRAINRATETESTSYSTEM试验机知识讲座系列之六上海百若试验仪器有限公司应力腐蚀开裂是危害性最大的局部腐蚀形态破坏形式之一，在腐蚀过程中，若有微裂纹形成，其扩展速度比其它类型的局部腐蚀速度要快几个数量级，应力腐蚀是一种“灾难性的腐蚀”会造成如桥梁坍塌，飞机失事，油罐爆炸，管道泄漏等事故，此外，核电站，船只，锅炉，石油化工等行业不时有应力腐蚀断裂事故的发生。造成了巨大的生命和财产损失。19世纪下半叶，英军在印度生产的弹壳每到雨季就会发生破裂。由于不了解真正的原因，当时给了个不恰当的名字叫“季脆”，后来，经过人们不断的研究才知道了弹壳破裂的原因是黄铜弹壳的应力加上印度大气中含有微量NH3的共同作用，引起了铜合金的应力腐蚀开裂。空气中少量的NH3是鼻子嗅不到的，却能引起黄铜的氨脆。应力腐蚀破坏案例»慢应变速率应力腐蚀试验：对处于一定环境条件下的试样，以缓慢的拉伸速率施加应力，直至试样断裂，以测定材料应力腐蚀断裂的敏感性。慢应变速率应力腐蚀试验基本知识»应力腐蚀(SCC):应力腐蚀是指指材料在拉应力和特定的化学介质联合作用下所产生的低应力脆性断裂现象。»慢应变速率试验：Slowstrainratetesting(简称SSRT)»应力腐蚀发生一般有以下四个特征：1.一般存在拉应力，但实验发现压应力有时也会产生应力腐蚀。2.对于裂纹扩展速率，应力腐蚀存在临界KISCC，即临界应力强度因子要大于KSCC，裂纹才会扩展。3.一般应力腐蚀都属于脆性断裂。4.应力腐蚀的裂纹扩展速率一般为10-6～10-3mm/min，而且存在萌生期，扩展区和失稳断裂区三部分。»应力腐蚀开裂过程分为三个阶段：»裂纹萌生裂纹源多在保护膜破裂处，而膜的破裂可能与金属受力时应力集中与应变集中有关，此外，金属中存在孔蚀，缝隙腐蚀，晶间腐蚀等往往是SCC裂纹萌生处。萌生期长短，少则几天，长达几年，几十年，主要取决于环境特征与应力大小。»裂纹扩展应力腐蚀开裂裂纹的扩展速率da/dt与裂纹尖端的应力强度因子K1的关系如右图所示.在第一阶段da/dt随K1降低而急剧减少。当K1降到K1scc以下时应力腐蚀开裂裂纹不再扩展，因此K1scc时评定材料应力腐蚀开裂倾向的指标之一。在第二阶段，裂纹扩展与应力强度因子K1大小无关，主要受介质控制。»失稳断裂纯粹由力学因素K1控制，da/dt随K1增大迅速增加直至断裂。»影响应力腐蚀开裂的因素»每种合金的应力腐蚀开裂只对某些特殊介质敏感下表列出了各种合金应力腐蚀开裂的环境介质体系合金腐蚀介质碳钢和低合金钢NaOH溶液，含有硝酸根，碳酸根，硫化氢水溶液，海水，海洋大气和工业大气，硫酸—硝酸混合液，三氯化铁溶液，湿的CO—CO2,空气高强度钢蒸馏水，湿大气，氯化物溶液，硫化氢奥氏体不锈钢高温碱液，高温高压含氧纯水，氯化物水溶液，海水，浓缩锅炉水，水蒸气(260ºC)，湿润空气（湿度90%），硫化氢水溶液，NaCl—H2O2水溶液，二氯乙烯等铜合金NH3蒸汽，氨溶液，汞盐溶液，含SO2的大气，三氯化铁，硝酸溶液钛合金发烟硝酸，海水，盐酸，含Cl¯,Br¯,I¯水溶液，甲醇，三氯乙烯，CCl4，氟利昂铝合金NaCl水溶液，海水，水蒸气，含二氧化硫的大气，含Br¯,I¯水溶液，汞»慢应变速率应力腐蚀试验机的执行标准：ISO7539-7-2005Corrosionofmetalsandalloys–StresscorrosiontestingPart7:MethodforslowstrainratetestingGB/T15970.7—2000（idtISO7539-7：1989）《金属和合金的腐蚀应力腐蚀试验第7部分：慢应变速率试验》（Corrosionofmetalandalloys–Stresscorrosiontesting-Part7:Slowstrainratetesting）HB7235-1995慢应变速率应力腐蚀试验方法注：不同的行业，不同的材料有不同的慢应变速率应力腐蚀试验标准。下面列举部分试验标准：HB5260-1983马氏体不锈钢拉伸应力腐蚀试验方法GB/T10126-88铁-铬-镍合金在高温水中应力腐蚀试验方法GB/T4157-84金属抗硫化物应力腐蚀开裂恒负荷拉伸试验方法SYJ12-85天然气地面设施抗硫化物应力开裂金属材料要求SYG59-91控制钢制设备焊缝硬度与防止硫化物应力开裂方法GB/T12445.1-90高强度合金双悬臂（DCB）试样应力腐蚀试验方法GB/T12445.2-90高强度合金悬臂弯曲（CANT）预裂纹试样应力腐蚀试验方法GB/T12445.3-90高强度合金楔形张开加载（WOL）预裂纹试样应力腐蚀试验方法»慢应变速率应力腐蚀试验机的组成：一．应力腐蚀加载系统二．介质池系统三．试验夹具四．测控系统五．试验软件六．计算机七．打印机一．应力腐蚀加载系统高压釜提升机构高压釜（内装试样）试样变形测量传感器（光栅位移传感器）试样加载、控制部分国内外常见的慢应变速率应力腐蚀试验机应力腐蚀加载系统技术参数•最大试验力：10kN、20kN、30kN、50kN•试验力范围：1%～100%•试验力示值相对误差：±0.5%•试验力分辨率：±250000码，全程不分档，分辨率不变•加载头最大移动范围：100mm•加载头移动速度：0.025mm/s～10-7mm/s•加载头速度控制精度：0.5%•加载头位移测量精度：±0.5%•加载头位移分辨率：0.0001µm•疲劳加载波形：正弦波•疲劳加载正弦波频率：0.001～2Hz二．介质池系统介质池系统是慢应变速率应力腐蚀试验机最复杂、变化最大的部分。这是由材料和环境的多样性决定的。概括起来大致有以下几种介质池：1.盐雾介质池2.液体介质池3.高温气氛介质池4.高温高压介质池5.高温常压1.盐雾介质池盐雾介质池系统技术参数•盐雾介质池材质：耐热玻璃、有机玻璃•盐雾介质池容积：2.5L~3L•盐雾介质池温度范围：常温～50℃，•温度控制精度：±2℃；•盐雾沉降量：1～5mL/80cm2·h2.液体介质池液体介质池系统技术参数•液体介质池材质：耐热玻璃•液体介质池容积：2.5L~3L•液体介质池温度范围：常温～50℃，•介质池内溶液：Cl-溶液、磷酸酯液压油、醋酸、Na2CrO4及混合溶液等。•溶液介质可在试验过程中程序控制加入和排出。3.高温气氛介质池高温气氛介质池系统技术参数•高温气氛介质池材质：不锈钢•高温气氛介质池容积：不小于2.2升•高温气氛：Ar2气氛•温度范围：常温～300℃•压力要求：常压～0.2MPa4.高温高压介质池高温介质池系统技术参数•高温介质池材质：C-276哈氏合金•高温介质池容积：不小于2.2升•介质池内溶液：Cl-溶液、磷酸酯液压油、醋酸、Na2CrO4及混合溶液。•最高温度：600℃•最高压力：30MPa5.高温常压介质池高温常压介质池系统技术参数•高温常压介质池材质：C-276哈氏合金、316、304等•高温常压池容积：不小于2.2升•介质池内溶液：Cl-溶液、磷酸酯液压油、醋酸、Na2CrO4及混合溶液等。•最高温度：600℃三．裂纹扩展检测系统裂纹扩展检测系统功能•试验过程中动态检测裂纹扩展情况。•自动记录裂纹出现的时间点。•自动判断裂纹并停止试验。四．试验夹具最常用的有下面几种试样的夹具：•M10x1公制圆试样•Φ8销孔板形试样•1/2CT试样•1/4细圆试样•M12公制圆试样•M6公制细圆试样夹具的材料一般用：•C-276哈氏合金•不锈钢316•镍基合金钢•钛基合金钢五．上海百若测控系统新一代AEC-1200控制器：•基于AEC-1000全功能控制器升级；•数据处理速度提升300%；•全贴片器件设计，自动贴片机生产，更可靠；•低频正弦波加载功能；•加载频率可设置：0.01～2Hz•可应用于长期加载测试•扩展USB接口，方便连接电脑•内嵌式总线结构，方便维护六．上海百若试验软件•自动数据处理：试验完后系统依标准要求，自动进行数据处理；•软件调零：按下调零键，示值便自动复零；•数据断电保留；•继续被中断的试验；•支持20天以上的连续试验；•数字显示：全数字显示试验力值、试验速率、时间、温度、试验曲线；•峰值保持：试验结束后保持峰值；•自动保护：自动实现超载、断裂、位移保护，自动记录断裂时间；•自动打印：试验完后可自动打印出试验报告和试验曲线；•记录和输出应力－应变和自腐蚀电位－时间两组试验数据和曲线图，并可以记录和计算出断裂寿命、抗拉强度、断面收缩率、应变量、试样的延伸率、应力-应变积分（物理意义为外力对试样做的功）。七．慢应变速率应力腐蚀试验结果的综合评定（1）在载荷—拉伸曲线上，将在惰性介质中的各特征参数与在腐蚀介质中的特征参数进行对比，采用公式进行SSRT试验结果评定，公式如下：其中：ISCC—应力腐蚀敏感性指数I惰—在惰性介质中的试验参数I腐—在腐蚀介质中的试验参数ISCC值越大，应力腐蚀敏感性越大。七．慢应变速率应力腐蚀试验结果的综合评定（2）评定应力腐蚀开裂敏感性指数Iscc，目前比较认可的参数为：•屈服强度σs•抗拉强度σb•断面收缩率Ψ•延伸率δ•试验拉伸曲线围成的面积（内积功）•应力腐蚀开裂的平均裂纹扩展速率应力腐蚀开裂敏感性指数Iscc衡量应力腐蚀开裂敏感性大小的一般评定：•当Iscc大于35%，研究体系具有明显的应力腐蚀倾向；•当Iscc介于25%~35%之间，研究体系有应力腐蚀倾向；•当Iscc小于25%，研究体系没有明显的应力腐蚀倾向TheEnd上海百若试验仪器有限公司