腐蝕疲勞點(diǎn)蝕演化與裂紋擴(kuò)展機(jī)理研究.pdf

1、腐蝕疲勞是金屬材料在交變應(yīng)力與腐蝕介質(zhì)共同作用下發(fā)生斷裂破壞的過(guò)程。工程中存在各種承受循環(huán)載荷的結(jié)構(gòu)，如海洋結(jié)構(gòu)、石油化工設(shè)備、飛機(jī)結(jié)構(gòu)等，其服役環(huán)境都具有不同程度的腐蝕性。腐蝕性環(huán)境會(huì)降低材料的斷裂韌性，加快裂紋的萌生與擴(kuò)展，降低結(jié)構(gòu)服役壽命。腐蝕疲勞已成為工程中各種承受循環(huán)載荷結(jié)構(gòu)面臨的嚴(yán)重問(wèn)題，腐蝕疲勞性能研究也成為工程結(jié)構(gòu)耐久性與完整性設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。迄今為止，有關(guān)腐蝕疲勞的理論與應(yīng)用都得到了迅速的發(fā)展，但由于腐蝕疲勞過(guò)程非常復(fù)

2、雜，涉及到力學(xué)、化學(xué)、電化學(xué)、金屬材料學(xué)及冶金學(xué)等眾多學(xué)科內(nèi)容，還有許多問(wèn)題沒(méi)能得到很好的解決，絕大多數(shù)研究實(shí)際上只停留在實(shí)驗(yàn)規(guī)律的摸索方面，雖然也有不少關(guān)于腐蝕機(jī)理分析的研究，但仍缺少基于腐蝕疲勞機(jī)理及熱力學(xué)平衡理論的腐蝕疲勞評(píng)價(jià)方法。隨著航天、海洋工程的飛速發(fā)展，結(jié)構(gòu)腐蝕疲勞問(wèn)題將更為突出，而現(xiàn)有研究成果遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際工程應(yīng)用的需要。
　　 本論文結(jié)合腐蝕電化學(xué)原理、熱力學(xué)原理，對(duì)材料腐蝕疲勞過(guò)程中點(diǎn)蝕演化、裂紋成核以及裂紋

3、擴(kuò)展過(guò)程進(jìn)行機(jī)理研究。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行腐蝕疲勞損傷研究，并建立合理的腐蝕疲勞損傷演化律。本文主要內(nèi)容如下:
　　 (1)根據(jù)熱力學(xué)基本原理，結(jié)合腐蝕疲勞點(diǎn)蝕演化和裂紋擴(kuò)展的力學(xué)-電化學(xué)過(guò)程，建立腐蝕疲勞點(diǎn)蝕演化和裂紋擴(kuò)展過(guò)程中的熱力學(xué)基本方程，獲得點(diǎn)蝕演化與裂紋擴(kuò)展過(guò)程的熱力學(xué)判據(jù)。
　　 (2)利用雙變量半橢圓點(diǎn)蝕模型，建立腐蝕疲勞點(diǎn)蝕演化及裂紋成核的二維模型。建立點(diǎn)蝕演化過(guò)程中體系的熱力學(xué)勢(shì)函數(shù)，導(dǎo)出點(diǎn)蝕形狀參數(shù)隨點(diǎn)蝕

4、深度的演化規(guī)律。根據(jù)裂紋成核的應(yīng)力強(qiáng)度因子準(zhǔn)則與位錯(cuò)理論，建立腐蝕疲勞裂紋成核臨界條件，對(duì)腐蝕疲勞裂紋成核壽命進(jìn)行定性分析。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行腐蝕疲勞點(diǎn)蝕演化以及裂紋成核的三維理論模型分析。
　　 (3)根據(jù)腐蝕環(huán)境促進(jìn)疲勞裂紋尖端陽(yáng)極溶解與降低裂紋表面自由能的機(jī)理，建立腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展過(guò)程的能量守恒方程，推導(dǎo)腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展速率的顯式方程。定性分析了陽(yáng)極溶解、裂尖金屬自由能下降以及循環(huán)載荷參數(shù)對(duì)腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展速率與裂紋擴(kuò)展壽命的