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10Ni5CrMoV钢动态力学性能及深海腐蚀行为研究

作　者: 杨延格
导　师: 王福会；张涛
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 材料学
关键词: 高应变速率深海腐蚀静水压力晶粒超细化
分类号: TG142.15
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着对深海资源的探测与开发,深海工程对材料性能的要求越来越高,尤其要求材料有抵抗高速变形的力学性能和良好的耐深海腐蚀性能。10Ni5CrMoV钢是深海工程中常用的工程结构用钢,研究其动态力学性能和耐深海腐蚀性能对于深海资源的开发、深海工程材料的设计与选材具有重要的意义。本文利用Hopkinson装置对10Ni5CrMoV钢的动态力学性能进行了研究。研究表明,10Ni5CrMoV钢是应变率敏感性材料,随着应变率的增加,10Ni5CrMoV钢的屈服强度表现出应变率不敏感区、过渡区和应变率敏感区,不同区的流变应力控制机理分别为长程摩擦力控制、热激活控制和位错拖曳控制；高应变速率下,10Ni5CrMoV钢没有发生脆断,断裂方式仍为韧性断裂。利用深海环境模拟装置研究了静水压力对10Ni5CrMoV钢腐蚀行为的影响,研究表明随着静水压力的增加,10Ni5CrMoV钢的耐蚀性能变差且不同静水压力下呈现不同的腐蚀形貌特征,常压下10Ni5CrMoV钢的腐蚀形貌特征主要以浅碟形局部腐蚀区为主,6 MPa的静水压力下,腐蚀形貌呈现明显的均匀腐蚀特征。利用递归分析及有限元模拟对10Ni5CrMoV钢不同静水压力下出现不同腐蚀形貌的原因进行了分析,分析表明高的静水压力下,点蚀坑周围存在明显的应力集中导致10Ni5CrMoV钢点蚀的三维成长呈各向异性,点蚀的横向扩展速度明显高于纵向生长速度,点蚀不断横向聚合长大,最终导致高的静水压力下腐蚀形貌呈现均匀腐蚀特征。为了进一步提高10Ni5CrMoV钢的性能优势,利用循环淬火对其进行了晶粒超细化处理,研究了晶粒超细化对10Ni5CrMoV钢动态力学性能和耐深海腐蚀性能的影响。研究表明晶粒超细化没有改变屈服强度随应变速率的变化规律和断裂方式,由细晶强化引起的强度增加值△6s随应变率的增加而升高,晶粒超细化能有效地改善10Ni5CrMoV钢的耐蚀性能。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-20
  1.1 研究背景与意义  10-11
  1.2 高应变率下材料的动态力学行为  11-13
    1.2.1 材料加载状态的划分  11
    1.2.2 研究材料动态力学性能的Hopkinson技术  11-12
    1.2.3 高应变率下材料的力学性能  12-13
  1.3 深海的海洋腐蚀环境  13-16
    1.3.1 海洋腐蚀区的划分  13-14
    1.3.2 深海环境下影响材料腐蚀的因素  14-16
  1.4 深海环境下材料的腐蚀试验方法  16-18
    1.4.1 实海暴露试验  16-18
    1.4.2 室内模拟实验  18
  1.5 本论文的研究内容和研究目的  18-20
第2章实验过程和方法  20-26
  2.1 实验材料  20
  2.2 显微形貌表征  20
    2.2.1 金相组织观察  20
    2.2.3 透射电镜表征  20
  2.3 显微硬度测试  20-21
  2.4 动态力学性能测试  21-23
    2.4.1 试样尺寸  21-22
    2.4.2 实验装置和仪器  22-23
  2.5 耐腐蚀性能测试  23-24
    2.5.1 实验装置和测试溶液  23
    2.5.2 腐蚀失重测试  23
    2.5.3 动电位极化曲线  23-24
    2.5.4 电化学阻抗谱测试  24
    2.5.5 电化学噪声测试  24
    2.5.6 腐蚀形貌观察  24
  2.6 有限元模拟  24-26
    2.6.1 创建模型  24
    2.6.2 定义材料属性  24
    2.6.3 定义边界条件和载荷  24-25
    2.6.4 网格的划分  25
    2.6.5 输出变量  25-26
第3章 10Ni5CrMoV钢动态力学性能研究  26-34
  3.1 引言  26
  3.2 动态力学测试原理  26-27
  3.3 压缩性能测试  27-31
    3.3.1 应力-应变曲线  27-30
    3.3.2 应变率对10Ni5CrMoV钢屈服强度的影响  30
    3.3.3 不同应变速率下的流变控制机理  30-31
  3.4 拉伸性能测试  31-33
    3.4.1 应力-应变曲线  31-32
    3.4.2 拉伸断口形貌  32-33
  3.5 本章小结  33-34
第4章 10Ni5CrMoV钢深海腐蚀行为研究  34-53
  4.1 引言  34
  4.2 腐蚀失重  34-36
    4.2.1 腐蚀失重结果  34-35
    4.2.2 腐蚀形貌观察  35-36
  4.3 动电位极化曲线  36-37
  4.4 电化学阻抗谱  37-38
  4.5 电化学噪声  38-45
    4.5.1 电化学噪声直流偏差的去除和典型波形  38-40
    4.5.2 电化学噪声电阻  40
    4.5.3 电化学噪声的递归分析  40-45
  4.6 静水压力下点蚀成长的机制分析  45-47
    4.6.1 单个点蚀的应力分布  45-46
    4.6.2 两个点蚀的应力分布  46-47
  4.7 循环压力对10Ni5CrMoV钢腐蚀行为的影响  47-51
    4.7.1 腐蚀失重  47-50
    4.7.2 电化学阻抗谱测试  50-51
  4.8 本章小结  51-53
第5章晶粒超细化对10Ni5CrMoV钢动态力学及耐蚀性能的影响  53-64
  5.1 引言  53
  5.2 显微组织结构变化  53-55
    5.2.1 晶粒度大小  53-54
    5.2.2 显微组织  54-55
  5.3 显微硬度  55
  5.4 动态压缩  55-59
    5.4.1 应变强化速率  56-57
    5.4.2 屈服强度  57-59
  5.5 动态拉伸  59-60
    5.5.1 应力-应变曲线  59
    5.5.2 拉伸断口形貌  59-60
  5.6 晶粒超细化对耐蚀性能的影响  60-63
    5.6.1 常压耐蚀性能  60-62
    5.6.2 模拟深海环境下的耐蚀性能  62-63
  5.7 本章小结  63-64
结论  64-65
参考文献  65-70
攻读硕士期间发表的论文  70-71
致谢  71

10Ni5CrMoV钢动态力学性能及深海腐蚀行为研究

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