晶间腐蚀性能弯曲评价影响实证探讨.doc

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1、晶间腐蚀性能弯曲评价影响实证探讨引言目前在国内不锈钢晶间腐蚀敏感性的评价过程中釆用最为广泛的是硫酸■硫酸铜■铜屑沸腾溶液浸泡法，对应的标准为GB4334-2008E《不锈钢硫酸■硫酸铜腐蚀试验方法》。在GB4334-2008E法中，通常是用直径为5mm的压头将腐蚀后的试样弯曲到180。后观察是否产生裂纹來判定材料对晶间腐蚀的敏感性。用这一-弯曲方法评定材料的晶间腐蚀的倾向性，实际是用适量的变形来加速晶间腐蚀裂纹的暴露，使晶间腐蚀微裂纹扩大，以弯曲后拉伸面是否有宏观裂纹來判定试样是否产生了晶间腐蚀。这一方法可行的前提是弯曲拉伸面的变形量不超过试样允许

2、的不发生塑性开裂的变形量。实际上，在试样弯曲拉伸面上出现裂纹不一定能代表其有晶间腐蚀倾向，当弯曲变形量超过了塑性开裂的极限，也可能引起开裂。不同材料的塑性开裂极限是不同的，在既定的标准下，很难保证所有的材料在弯曲过程中拉伸面的塑性变形都不超过材料本身允许的塑性开裂变形量。因此在实际的检验过程中，对于不同的材料评价标准的准确性和可靠性需要考虑。尤其是对于塑性较差的焊接接头材料，按标准用直径为5mm的压头将试样弯曲到180。吋,即使没有晶间腐蚀裂纹，也可能发生开裂［引用文献］。为此，需要研究材料力学性能（强度，塑性及断裂阻力等）对于晶间腐蚀评价方法的影

3、响。由于核电焊接接头材料在高温高压水环境中容易发生由晶间腐蚀引起的应力腐蚀开裂，对核电设备的安全可靠性产生很大影响。因此，对GB4334-2008E法对核电焊接接头材料的适用性尤其需要进行研究。本章用ABAQUS软件通过三维有限元对晶间腐蚀性能评价方法中的弯曲试验进行了模拟计算，研究不同材料力学性能对于晶间腐蚀评价方法的影响，讨论了GB4334-2008E法标准对核电焊接接头材料试样的适用性，为研究核级焊材晶间腐蚀性能评价方法奠定基础，对开展核级焊接材料的国产化研究工作，并掌握核级焊接材料焊接腐蚀性能评价技术具有重要意义。1.1有限元模型及分析方法

4、为了探究晶间腐蚀裂纹弯曲评价方法的影响因素，模拟计算了三点弯曲试验过程，分析弯曲试样的应变分布和起裂以及裂纹的扩展情况。1.1.1模型结构和尺寸模拟的试样尺寸与标准中实际的三点弯曲试样相同：长度L=100mm,厚度t=4mm,宽度B=20mmo根据GB2653-2008《焊接接头弯曲试验方法》中的规定,三点弯下支承鶴的直径D至少为20mm,辘间的距离应为D+2h和D+3h之间，压头肓径依据相关标准确定。故在模拟中取支承鶴直径D=20mm,鶴距L0=D+2.5ho上压头直径d依据GB4334-2008E法的规定，取d=5mmo构建的三维三点弯曲模型如

5、图3.1所示。压头和支承辘均设置为刚体。图3・1三点弯曲有限元(FEM)模型Fig.3.1Three-pointbendingFEMmodel1.1.2材料参数试样材料参数选用常温下实测的316L不锈钢（核电主管道材料）的性能参数，弹性模量E=156150MPa,泊松比尸0.3,真应力■应变曲线如图3.3所示。图1・1316L材料真应力•应变曲线1.1.3GTN延性损伤断裂模型｛对于金属材料的延性断裂，现已发现其断裂机理包括同时发牛并相互作用的几个过程卩•儿①通过第二相，夹杂物的断裂或剥离形成微孔洞；②在塑性应变和三向应力作用下的微孔长大；③微孔聚

6、合而导致断裂。为了从力学上描述这一微孔型的细观损伤演化和断裂过程,Gurson在总结前人经验的基础上对含有圆柱形和球形空穴的材料（多孔质体）的塑性变形情况进行了研究，提出了基于材料刚塑性行为和塑性上边界定理的多孔塑性材料的木构模型W基于材料开裂行为的详细现象研究，Tvergaard考虑了材料的加工硬化、变形以及特殊情况下牛产剪切变形带等情况，通过纳入三个额外的参数（qi，q2，q3）修正了Gurson提出的木构模型删，使得Gurson模型的预测精度大大提高，其提出的方程如下：a2+2qfcosh©-4)-(1+)=0,(3-1)其中6=（3SijS

7、ij/2严是宏观Mises等效应力；6=6*3是宏观静水应力（宏观平均应力）；Sij=Oij-Okk5jj/3表示Cauchy应力的偏应力分量；®为Kroneckerdelta符号；厅是基体材料的屈服应力，/*是有效孔洞体积分数。当戶0时，表示均质，不可压缩材料的Mises屈服表面，当/趋近于1/qi时，屈服表面聚合成一个点。通常，取qi=l・5,q2=l，q3=qi2o当qi=q2=q3=l时，GTN模型退化为最初的Gurson模型。在修正的模型中,考虑了微孔之间的相互作用和材料应变硬化的协同作用，并把微孔聚合引入了模型。根据等效塑性功原理将宏观

8、和细观两尺度量联系起来，得到基体等效塑性应变的演化方程：(1-/)^mdEiZ-od^(3-2)其中&严为基体材料的累积等