不锈钢活塞缸体应力腐蚀失效分析

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不锈钢作为一种耐蚀材料,在石油、化工、医药等领域有着广泛的应用,但不锈钢经常会发生局部腐蚀现象。某厂材质为1Crl8Ni9的不锈钢活塞缸体,经3-5个月的工作后,活塞缸体内表面管壁上出现贯穿性的腐蚀裂纹,使活塞缸体不能正常工作,对企业造成了巨大的经济损失和社会影响。本研究正是针对企业的这一问题提出的,本课题的研究对于延长不锈钢产品的使用寿命,降低企业的生产成本有一定的指导意义。  本课题是针对活塞缸体的应力腐蚀失效进行的研究,采用立式显微放大镜和金相显微镜对失效处的试样进行宏观的裂纹分析和金相组织观察,采用扫描电镜和EDS对导致活塞缸体发生应力腐蚀失效的原因进行了分析,研究结果表明:失效活塞缸体产生裂纹的位置位于距离活塞缸体顶部100mm-240mm的位置处,活塞缸体上裂纹的形态特征为沿晶开裂,主裂纹附近有明显的粗大柱状晶粒,其基体组织为粗大的柱状奥氏体晶粒,在奥氏体组织中存在大量的碳化物和杂质,并且在铸态粗大的柱状晶粒及晶界处分布着杂质和碳化物,此外在活塞缸体的内表面裂纹处有氧化物、氯化物、碳化物等物质,这些因素是导致活塞缸体应力腐蚀失效的主要原因。  为了研究应力大小与应力腐蚀破裂之间的关系,本课题还对机构工作过程中活塞缸体的温度场和应力场进行了研究。在传热学和有限元理论的基础上,根据活塞缸体的实际工况,建立了活塞缸体的有限元模型,在活塞缸体温度场和应力场的分析过程中,考虑了材料热物性参数以及材料的力学性能参数随温度的变化,研究结果表明:在机构的工作过程中,随着时间的增加,活塞缸体的温度逐渐升高,活塞缸体所受的热应力也相应增大。在距离活塞缸体顶部130mm-180mm的位置处,应力值较大,距离活塞缸体顶部150mm位置处,应力达到极值,最大应力为253MPa。通过将应力场的仿真结果和失效活塞缸体产生裂纹的位置进行对比,得到活塞缸体上应力较大处的位置与活塞缸体发生应力腐蚀破裂的位置一致,此外应力值最大的位置位于活塞缸体的内壁,这与失效活塞缸体的裂纹是从内壁起裂相一致。研究结果表明应力值越大,越容易发生应力腐蚀破裂。
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