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质点对厚壁不锈钢管边界的几何强化会阻碍裂纹

放大字体  缩小字体 发布日期:2019-06-12  浏览次数:0 选择视力保护色:

[摘要]中华不锈钢网营管部获悉:实质在于将铁磁零件适当磁化,然后用小的磁强计探头扫描零件表面,以探测由厚壁不锈钢管小缺陷和小疲劳

中华不锈钢网营管部获悉:实质在于将铁磁零件适当磁化,然后用小的磁强计探头扫描零件表面,以探测由厚壁不锈钢管小缺陷和小疲劳裂纹所引起的磁力线扰动。这种概念可用示意图56加以说明,图中并示有表征缺陷的典型讯号。图57所示为一台用于疲劳探测研究的试验室装置。显微镜用于在放大约200倍的情况下对表面进行目视观察,也是为了获得表面的显微照片。图58所示为经热处理的AISI 4340航空优质钢棒试样疲劳损伤前后的典型记录。注意,在左上方的记录中没有显着高于仪器噪音电平的讯号;但在磁化较强的情况下,在右上方的记录中获得了一些特有的讯号,它们是由小的表面和近表面夹杂物及麻坑引起的。在再加12000循环后,将右下方的记录与右上方的进行比较表明,变化是不显着的。而对比左下方和左上方的记录表明,变化是显着的。这种变化是由在夹杂物处的小疲劳裂纹的发展所引起的,且与记录的右行中用箭头所指的讯号相~致。中间一行表明在进行检查时对零件施加载荷的结果。讯号电平增长了约4倍。图59表示放大约100倍时,在无载荷及半载荷(用疲劳试验过程中最大拉伸应力127000磅/时2的一半)的情况下,对疲劳区的观察及相应的讯号响应。用机械抛光局部地除去一些一般尺寸(0. Ol0时)的疲劳裂纹,然后继续厚壁不锈钢管试样的应力循环试验;未除去裂纹的试样在“第一次”探测后经10000~30000循环达到破裂。图60所示为一系列表示疲劳发展的记录。记录指示:除去裂纹(用磁法再次检查证实)的试样,其性能要远远超过裂纹未除去时的预期破裂点。显然,裂纹的除去,相当于除掉所有与裂纹的疲劳发展有关的重要结构损伤,其后的裂纹将在另一夹杂物处而不是在此起始的“疲劳损伤”部位发展。
  
  对于涡轮发动机,这种方法主要用于检查非磁零件。当在检验区存在疲劳裂纹或其它材料缺陷时,涡流的流动分布图形发生畸变,改变了线圈的阻抗。阻抗的变化可用适当的电子电路探测,并用表的读数来指示。工作时,把由一个或几个线圈组成的小探头放在紧靠厚壁不锈钢管表面的地方,然后慢慢地移动,检查检验区。通过特性的变化或涡流计指针的移动,可将缺陷表示出来。在某些应用中,可采用示波器显示或条带记录器。这种方法主要是在现场检查涡轮发动机的某些压气机盘、隔圈和低压压气机(N-1)后毂等。由于不需要取下发动机即可检查这些部件,因此能显着节省人力和时间。
  
  中华不锈钢网营管部获悉:射线照相法,实质上是使零件被检部位承受有穿透力的射线束,如X射线束或Y射线束的照射,并使穿过零件的射线射在感光乳胶上。乳胶受射线的作用经适当的显像处理,所得底片即可在后照光观察器的照明下由检验者进行检查。由于穿透射束的强度与从光源到感光乳胶的路径长度和沿径长的平均密度成比例,所以可获得相应的密度变化。在良好的情况下。等效于1N2010的局部厚度增加也能在照相底片上分辨出来。这种方法仅适用于厚壁不锈钢管开口相当大的裂纹,对于小的疲劳裂纹或虽然较大但与穿过的射线束成一夹角的疲劳裂纹,通常是无效的。
  
  某些检验部门利用同位素的Y射线照相法,广泛地检查装配好的整台发动机。这种方法通常是将诸如铱-192之类的放射性同位素源插入发动机的空心主轴t}z,使缠绕在发动机外壳上的胶片曝光。虽然用这种方法只能探找出厚壁不锈钢管相当大的裂纹及严重变形的零,件,但由于不需分解发动机或因其可以延长定期检修的周期,大量节省费用,使这种局限性变得不那么重要了。装置和试验结果的举例磁粉法所示为用电流感应法磁化钢压气机盘的情况。用磁粉法检查已装配的压气机转子叶片上横向缺陷的情况。钢制单个压气机叶片的横向和纵向缺陷也可用磁粉法检查,其方法是通过径向磁化检查弦向缺陷,通过弦向磁化检查径向缺陷。
  
  有两个因素对厚壁不锈钢管晶界强化起着重要作用。第一,质点一基体界面的结合要比各种取向的基体更为牢固;这说明质点把一些溶质杂质都“收集”了起来。假使这些质点是等轴的并分布得较远,则质点对边界的几何强化会阻碍裂纹的滑动和连结。晶界组织的另一个重要特点,是在晶界的任意一边经常形成一些贫化区,其中没有Y7的沉淀或Y 7的沉淀比在晶内所占的体积百分数还小。这些区域的产生,是由于晶界碳化物和Y 7的沉淀带来了化学成分变化的结果。这些贫化区的存在提供了应力弛豫的部位,被认为是有益的。但是由于它们具有弱的切变抗力并且是一些应变集中区域,而在另一情况下又是有害的。有些人提出,这种软的边界区可能是有益的,因为厚壁不锈钢管在晶界处可能使裂纹尖端钝化;近来对铝一锌合金的工作显示出这种情况,因为有贫化区时,蠕变断裂存在一个W-型裂纹的缓慢延伸期。在另一些蠕变情况下,在低循环疲劳下,也可能在这些区域发现晶界开裂。在晶界沉淀线的一边出现的疲劳断裂,可能就是在这一区域内。
  
  中华不锈钢网营管部获悉:锆、硼二者更为恰当的组合,对镍基合金的蠕变性能产生有利的影响。这些元素减慢了晶界M23C6碳化物的聚集及其附近基体中Y7的贫化,从而阻碍了厚壁不锈钢管正应力边界上的显微开裂。这样也大大地延长了蠕变断裂寿命和显着地提高了断裂塑性,未发现这些元素对晶内的Y7沉淀有任何影响。晶界结构的一个重要特点,是沉淀硬化合金在高温下的使用期间以及在试验过程中,会不断地变化。例如,在厚壁不锈钢管中的应变时效可以使基体硬化到会出现过早的晶界破坏。热循环可导至碳化物相的粗化并带来性能的变化,在不锈钢中,a相也是在晶间位置形成的。对于在1472'F(800℃)疲劳的Nimonic90试样的观察表明,晶界附近的一些相显着长大,并且晶界附近的为使这些相长大而需要的元素同时产生贫化。Udimet700在蠕变中Y7晶界沉淀的显着变化。
  
  晶界的滑动和迁移——晶界迁移可以防止晶界破坏,即通过晶界滑动使应力消失,或是将晶界微裂纹留在后面,使其相对地失去作用。在一些纯厚壁不锈钢管中,晶界迁移和滑动之间的平衡,可以用来解释在中等温度内出现的塑性最低值。尽管晶界迁移对单相材料是重要的,可是对于大多数商用高温合金并不重要,因为它们的晶界在很大程度上被沉淀所固定,但是偶尔也会发生局部范围内的迁移。虽然导致晶间滑动的详细过程还不十分了解,但有些试验已明显地指出,它是受到晶内形变控制的。因此,基体的强度必须在某种程度上控制着由滑动产生的裂纹起始。

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