油井管硫化物应力开裂双悬臂梁法试验研究
单位代码：
西南石油大学
硕士学位论文
论文题目：油井管硫化物应力开裂
双悬臂梁法试验研究
研究生姓名：李天雷
导师姓名：施太和（教授）
姜放（高级工程师）学科专业：油气井工程
研究方向：钻井新技术与理论
2007年 4 月20日
摘要
硫化物应力开裂（SSC）问题，是当今油气田生产中不可忽略的材料失效问题。目前关于SSC的研究已有很多报道，关于材料的SSC评价方法，美国腐蚀工程协会（NACE）已有规范标准。NACE TM0177-2005标准中，应用最多的评价方法是A法和B法。在ISO11960，ISO15156等标准中列出了按双悬臂梁（DCB）法即D法的H2S环境用钢最小允许临界应力强度因子，即环境断裂韧性值。但是国内尚未开展DCB法的研究和应用，因此在做材料评价和工程设计时，对标准的引用可能会出现某些不足。本文的研究试图弥补国内这一空白，力图建立DCB的实验方法和操作程序，研究完善DCB 检测过程中有可能出现的问题。本文在第四章中详细的描述了DCB试验的原理、方法及数据处理。
论文介绍了H2S环境断裂腐蚀评价的NACE TM0177-2005标准，常用的方法A、B 只能从开裂的时间上判定材料抗SSC性能的优劣，用作材料的筛选评价。而方法D从断裂力学角度出发给出材料抗SSC性能的具体指标K ISSC，并且方法D得出的结果还可以进行断裂力学上的计算。进而可以与现代设计方法适用性评价（Fit For Purpose）结合，据此本文简要介绍了以断裂力学为基础的适用性评价，这对当今油井管的评价方法具有重要现实意义。为了进行适用性评价，需要了解H2S环境断裂机理，并针对管子有可能出现的裂纹状况计算应力强度因子。为此目的，本文在第二章介绍了材料在H2S 环境中的SSC机理，在第三章中介绍了用有限元方法与断裂力学方法相结合的应力强度因子计算。
本文的研究内容和研究方法属石油管柱力学与环境行为的前沿课题，带有探索性和一定的创新性。特别是在本文研究过程中是国内首次进行了H2S环境中的双悬臂梁法的试验研究，迄今为止尚未见到国内有类似的试验研究报道。
双悬臂梁DCB试验法为现代设计和完整性管理的方法创造了条件，在油井管中尚未见到以环境断裂力学评价为基础的适用性评价方法。因此，本文“斗胆”提出和开展油井管的适用性评价方法研究。研究方法和计算还存在若干需要完善的问题，但希望这是一个有发展前途的良好开端。
关键词：硫化物应力开裂；双悬臂梁法；断裂力学；适用性评价；油井管
Abstract
The problem of sulfide stress cracking (SSC) can not be neglected for material failure in the oil-gas production. At present，there are many documents about SSC. The National Association of Corrosion Engineering (NACE) has made the standard of the material SSC evaluation. In the standard of NACE TM0177-2005, method A and method B are the most extensively applied. In the standards of ISO11960 and ISO15156 etc., steel critical stress intensity factor of environment fracture toughness in the H2S environment is listed，The fracture toughness can be obtained from the experimental method of Double Cantilever Beam (DCB), which is NACE method D. But the method D is not still carried out, so there will be some incompleteness in evaluation and engineering design of material. This article tries hard to establish the DCB experimental technique and the technical specification, which completes the DCB experimentation and solves the engineering question. In the chapter 4 of this article details descript the principle, method and the data processing of DCB experimental
This paper introduces Laboratory Testing of Metals for Resistance to Stress Corrosion Cracking in H2S Environments NACETM0177-2005 standard. The method A and B are commonly used to determine the material SSC resistance performance in the crack time. But method D ,in fracture mechanics ,presents material SSC resistance behavioral specific indices K ISSC that can also be applied to fracture mechanics calculation. Then method D can combine modern design method with fit for purpose evaluation，thus this paper introduces the evaluation of fit for purpose in fracture mechanics. The evaluation is important for OCTG. In order to maket fit for purpose evaluation，we need learn about the fracture mechanism in H2S environment. For emergent crack of pipe , stress intensity factor is calculated .Therefore，chapter 2 introduces SSC mechanism in H2S environment about material . Chapter 3 introduces stress intensity factor calculation which uses finite element method combining with fracture mechanics method
The main contents in this paper is leading theme of mechanical and environmental behavior of tubular goods, which has exploratory and innovation. Especially, the DCB experimental investigation in the H2S environment is firstly studied in our country, There is no reports about the relevant experimental investigation.
DCB testing method provides condition for modern design and method of integrality supervisory. The fit for purpose evaluation of OCTG is established in the fracture mechanics. Therefore, this paper puts and carries out the study of fit for purpose evaluation of OCTG. The research technique and computation also has some problem to study, but it will be a good beginning and a good future.
Key word：Sulfide Stress Cracking；Double Cantilever Beam；fracture mechanics；Fit For Purpose；OCTG
目录
摘要 (1)
Abstract (ii)
目录...................................................................................................................I 1 绪论. (1)
1.1 引言 (1)
1.2 油井管的H2S腐蚀 (3)
1.2.1 湿H2S环境 (3)
1.2.2 电化学腐蚀 (4)
1.2.3 环境开裂 (5)
1.3 油井管抗硫化物应力开裂的评价方法 (6)
1.3.1 一般研究方法 (6)
1.3.2 NACE标准的评价方法 (6)
1.4 问题提出 (8)
1.5 研究思路 (9)
1.6 研究内容 (9)
1.6.1 解决的关键问题 (10)
1.6.2 创新点 (10)
2 硫化物应力开裂起裂理论及断裂力学分析 (11)
2.1 引言 (11)
2.2 起裂理论 (11)
2.2.1 氢致开裂机理 (12)
2.2.2 阳极溶解机理 (14)
2.3 硫化物应力开裂断裂力学分析 (15)
2.3.1 硫化物应力开裂的理论基础 (15)
2.3.2 裂纹扩展的判据分析 (16)
2.4 本章小结 (19)
3 含裂纹油井管应力强度因子的计算 (21)
3.1 引言 (21)
3.2 断裂问题的有限元分析方法 (21)
3.3 油井管的有限元分析 (23)
3.3.1 油井管有限元分析的理论基础 (23)
3.3.2 油井管有限元模型的建立 (26)
3.3.3 不同裂纹形状和深度的应力强度因子的分析 (28)
3.4 有限元计算结果分析 (35)
3.5 本章小结 (36)
4 双悬臂梁（DCB）试验方法研究 (37)
4.1 引言 (37)
4.2 试验内容 (37)
4.2.1 试验原理 (37)
4.2.2 试验装置 (37)
4.2.3 试样 (38)
4.2.4 试验条件 (39)
4.2.5 试验步骤 (40)
4.3 DCB试样断裂分析 (43)
4.4 试验结果的处理 (43)
4.5 DCB试验的结果分析 (47)
4.5.1 试验材料 (48)
4.5.2 试验温度 (52)
4.5.3 试样尺寸 (52)
4.6 本章小结 (54)
5 油井管的适用性评价 (57)
5.1 引言 (57)
5.2 适用性评价的应用情况 (57)
5.3 适用性评价方法的缺陷处理 (58)
5.4 油井管的适用性评价方法 (58)
5.5 本章小结 (61)
6 结论和建议 (63)
6.1 结论 (63)
6.2 建议 (63)
致谢 (65)
参考文献 (67)
1 绪论
1.1 引言
从上世纪七、八十年代开始，石油天然气的勘探钻采进入一个新的阶段，其中深井、超深井及高含H2S、CO2的腐蚀介质油气井技术得到了迅速的发展。在国外发现了不少高含H2S、CO2的油气田，我国近年来发现的一些大气田也高含H2S、CO2，例如四川、重庆境内的大部分油气田都高含H2S、CO2。
川东H2S气田群（包括罗家寨、渡口河、铁山坡、滚子坪，普光等）中，H2S、CO2等腐蚀性组分含量较高；罗家寨气田：H2S含量为7.12～13.717%，CO2含量为5.13～10.41%，水分析报告中氯离子含量约为20429mg/l；渡口河气田：天然气中H2S含量为9.79～17.03％，CO2含量为3.29～8.252％；普光气田：井深为4500～5700m，泥浆密度为1.1g/cm3，井底温度为118～130℃，H2S为14.4%，CO2为9.91%。塔里木地区塔河、轮南等区块含不等量H2S。
较高的H2S含量给油气田的钻采造成了很大的困难，也为安全生产留下巨大隐患。近年来因H2S腐蚀造成的安全事故时有发生，70年代，发生在河北赵46井的含H2S的井喷事故，曾造成20多人伤亡。2003年12月23日，重庆又不幸发生了特大井喷失火，喷发H2S事故。H2S含量太高，往往在溢流关井时易导致钻具氢脆断裂，致使井喷甚至井喷失控，给压井作业以及压井后的处理工作带来很大困难。
在四川油气勘探开发过程中，曾经发生过多次由H2S引起的氢脆和应力腐蚀断裂事故，危害极大，如在四川部分井井喷及进行中途测试的钻杆氢脆情况（见表1.1）。
这些在油气开发生产过程中发生的突发性事故，给正常的生产带来巨大的经济损失。从事故的分析中显示，相当数量的失效原因是由硫化物应力开裂（SSC）引起的。现场分析中SSC成为失效破坏的一个主要原因[1]。
如图1.1所示钻杆的开裂情况是一典型事例，这是在钻井过程中由于溢流导致钻杆直接与含H2S腐蚀介质接触后发生的开裂情况。从SSC的钻杆断口照片（图1.2）分析中可以看出，断口形貌呈人字形形貌和层状撕裂等特征，显示裂纹萌生后即发生快速扩展。
这种断裂是断裂应力在低于材料屈服极限很多的情况下发生的，而且是在毫无预兆的情况下突然断裂，因此其危害性很大。
西南石油大学2007届硕士论文
图1.1 S135钻杆在溢流后SSC开裂状况
图1.2 S135钻杆SSC的断口形貌
SSC引起的事故具有严重的危害性，在应力作用下，同时在腐蚀环境中材料性能下降，造成材料开裂失效的可能性增大。而在油气开采过程中，油井管处于较高且复杂的应力作用下，又难免与含H2S腐蚀介质接触，发生SSC引起的事故风险增加，为安全生产留下很大隐患。综上所述，开展减轻和解决H2S腐蚀引起的SSC的研究方法，具有一定的工程价值和经济意义。
表1.1 四川部分井喷及中途测试时钻杆氢脆情况
1.2 油井管的H 2S 腐蚀
1.2.1 湿H 2S 环境
一般将湿H 2S 环境称为酸性环境，含H 2S 的油气田统称为酸性油气田。NACE MR0175/ISO15156规定在含H 2S 0.3KPa ≧时，称为系统的酸性环境。该酸性环境的定义是金属发生硫化物应力腐蚀开裂（SSCC ）判据，在酸性环境中包含水，系统总压及H 2S 分压等指标。ISO15156标准第二部分“抗开裂碳钢和低合金钢，以及铸铁的使用”中对碳钢和低合金钢在酸性环境下的SSC 的严重程度，根据H 2S 分压和PH 值将输送介质分为非酸性、轻度酸性、中度酸性和重度酸性几类（见图1.3）[2]。
关于湿H 2S 环境下的腐蚀类型，国内外将酸性油气田的井下腐蚀分为电化学腐蚀、环境开裂。 井号 层位 类型 H 2S 含量
g/m3 CO 2含量 g/m3 钻杆脆断时间与情况
铁2 —— 井喷 26.1 —— 2d 后钻杆脆断
卧67 —— 井喷 2.28 —— 15h 后钻杆脆断
天东5 T 1f 2 井喷 91.94 —— 15h 后钻杆脆断
双11 P 1m 井喷 0.5 28.45 15h 后钻杆脆断
龙4 T 1j 4 井喷 11.18 —— 24h 后钻杆脆断
中7 T 2l 3 中测
14.0 —— 25h 后钻杆脆断
X —— H 2S 分压，kPa ；Y —— 现场PH ；
0 —— 非酸性区；1 —— 轻度酸性区；2 —— 中度酸性区； 3 —— 重度酸性区。
图1.3 碳钢和低合金钢SSC 的环境严重程度的区域
1.2.2 电化学腐蚀
在湿H 2S 环境下，H 2S 溶于水发生电离从而具有酸性。其电化学过程如下：
2H S HS H ?+??→+←??
（1-1） 2HS S H ??+??→+←??
（1-2） 在钢铁表面发生电化学反应为：
阳极反应
22Fe Fe e +??→+
（1-3） 阴极反应
222H e H ++??→
（1-4） 阴极还发生以下反应
22Fe S FeS +?+??→
（1-5） 生成腐蚀产物FeS ，总的反应式
22Fe H S FeS H +??→+
（1-6）
在电化学反应过程中，阳极铁溶解导致的全面腐蚀或局部腐蚀，表现为金属构件（管材）的壁厚减薄或点蚀穿孔等局部腐蚀破坏。阳极反应产物还有其它形式的硫化铁，如FeS2、Fe3S4、FeS1-x等。
电化学反应是产生环境开裂的根源，电化学反应过程中阴极析出的氢原子，由于H2S的存在，阻止其结合成氢分子逸出而进入钢中，导致H2S环境开裂，也是我们以下要研究的内容。
1.2.3 环境开裂
酸性环境下的腐蚀开裂机理，在本质上属于应力腐蚀或氢脆，或是两者兼而有之，统称为环境开裂[3]。
ISO15156“石油和天然气工业用于含H2S环境油气田生产的材料”中，揭示了在酸性环境下，所有由H2S所引起的腐蚀开裂机理，这些开裂包括硫化物应力开裂（Sulfide Stress Cracking-SSC）、应力腐蚀开裂、氢致开裂（Hydrogen Induced Cracking-HIC）及阶梯型裂纹、应力定向氢致开裂、软区开裂和电偶诱发的氢应力开裂，其中碳钢和低合金钢主要的开裂机理有SSC和HIC[2]。
SSC是指在有水和H2S存在的情况下，与腐蚀和拉应力（残留的和/或外加的）有关的一种金属开裂。SSC是氢应力开裂（HSC）的一种形式，它与在金属表面的因酸性腐蚀所产生的原子氢引起的金属脆性有关。在硫化物存在时，会促进氢的吸收，原子氢能扩散进金属，降低金属的韧性，增加裂纹的敏感性。高强度金属材料和较硬的焊缝区域易于发生SSC。
HIC主要指由于腐蚀进入钢材中的氢，在夹杂物和偏析带富集生成鼓泡或阶梯状裂纹。HIC裂纹一般在钢中的非金属夹杂物和偏析带萌生，沿着珠光体带或低温转变产物马氏体、贝氏体带扩展。因此输送酸性油、气的管线钢须降低含硫量，并进行有效的非金属夹杂物形态控制和减少显微成分偏析。
SSC与HIC最大的区别在于，HIC不需要外加应力就可产生，SSC必须有拉应力作用。另外，SSC在不同强度级别的钢材中均可产生，开裂方向垂直于应力方向，H2S 分压很小时，也可能发生；而HIC则主要在于低、中强度材料中发生，裂纹方向平行于管表面 [4]。
尽管国内许多单位对上述H2S应力腐蚀开裂机理进行了研究，但由于种种原因，深入系统地研究酸性环境下的应力腐蚀开裂行为仍是十分迫切的。
环境开裂是在工作环境导致的低应力水平断裂，是发生灾难性开裂事故的重要原因。这包括疲劳破坏及交变载荷疲劳破坏、硫化物应力开裂、氯化物应力开裂、接头热裂[5]。而环境开裂方式中目前最危险最普遍的是SSC，对SSC的研究已是当今石油行业中的热点问题。
1.3 油井管抗硫化物应力开裂的评价方法
环境开裂是材料选材上最重要的因素，SCC因此也是最优先考虑的关键因素。有关环境开裂的评价方法和判据，相关机构已推出了相应的标准和规范。
1.3.1 一般研究方法
研究硫化物应力开裂敏感性的试验方法主要有恒应变法、恒载荷法、双悬臂梁法和慢应变速率法等[6]，这些方法各有优缺点。
恒应变法：有U形、C形环和弯梁法（如三点弯曲、四点弯曲）等。简便、经济、试样紧凑，适合于在有限空间的容器内进行成批实验。但裂纹引起应力松弛可能造成裂纹扩展停止，可能观察不到试样的完全断裂，确定裂纹初始出现时刻较困难，经常需要中断实验取出试样观察。
恒载荷法：可精确测最初应力值，但腐蚀会造成有效面积减小，实际应力增大。
恒应变和恒载荷法可用测试出现裂纹和断裂的时间评定材料的应力腐蚀敏感性。
双悬臂梁法（Double Cantilever Beam，简写为DCB）：本方法可以确定临界应力强度因子K ISSC，该方法于1982年在NACE T-1F-9C中规定为判断钢铁发生应力腐蚀开裂的一种标准方法。可精确测出裂纹扩展速率da/dt及应力水平和da/dt的函数关系从而对钢铁发生的敏感性作出判断。
慢应变速率法(Slow Strain Rate Testing，简写为SSRT)：提供了在传统应力腐蚀试验不能迅速激发SCC的环境里，测量延性材料SCC敏感性的快速试验方法。它能根据断裂的模式、断口、金相组织和其它参数来综合判断开裂敏感性，具有自身的优越性。
1.3.2 NACE标准的评价方法
碳钢和低合金钢在室温下对SSC敏感，因此通常只做其常温常压的抗环境开裂性能试验。NACE TM0177-2005“H2S环境中抗特殊形式的环境开裂材料的实验室试验方法”中推荐了四种研究方法，即方法A（恒载荷拉伸试验）、方法B（弯梁试验）、方法C（C形环试验）、方法D（断裂力学双悬臂梁试验）[7]，并规定了试验用的饱和H2S溶液。四种方法中常用的有恒载荷拉伸试验和弯梁试验。
恒载荷拉伸试验即A法，根据应力腐蚀门槛值的大小或指定一定应力值下的断裂时间长短，判断材料抗SSC性能的优劣。试验在恒负荷拉伸机上进行，测定材料力学性能后，按照材料的屈服强度百分比施加试验应力，确定临界应力，一般需要10~14支应力腐蚀试样，测定不同应力下的断裂时间，直至720h不断的应力定为应力腐蚀门槛值。由于用应力的绝对值不方便，因此常采用被测试件施加的拉应力与该试件屈服强
度的百分比表示，现在实验室一般用材料屈服强度的80%~90%的应力水平，在腐蚀溶液里720h是否断裂来评价材料是否通过。例如，ISO11960规定C90和T95，临界应力值应为屈服强度的90%。腐蚀溶液是标准规定的A溶液：5.0%（重量百分比）的氯化钠，0.5%（重量百分比）的冰乙酸溶解在蒸馏水或去离子水中组成，充H2S至饱和，PH值在2.7～2.8之间。
弯梁试验B法，规定了评价在含H2S的低PH值酸性环境中，承受弯曲应力的碳钢和低合金钢抗开裂破坏性能方法。试验评价的是材料在应力集中的状态下环境断裂的敏感性。B法与恒载荷拉伸法相比，具有试验周期短、数据分散性小、设备简单等优点，适用于抗H2S材料研制过程中的筛选对比试验。评定标准以被试验材料在标准腐蚀液中测得的临界应力值Sc表示。名义应力Sc值是指被测试试验材料产生应力腐蚀开裂几率50%时的应力值，仅表示被测试试验材料抗H2S应力腐蚀开裂性能的优劣。硬度HRC22~24的碳钢和低合金钢，Sc值典型范围700~980Mpa。通常规定用于含有H2S的油气井使用的套管Sc大于700Mpa。用于含有H2S压力容器的焊接件接头Sc大于840Mpa。随着材料硬度的增加，Sc值一般减少。为确定试验材料的临界应力值Sc，一般需要12~16个试样，开始取名义应力S值可在预计的范围内确定试样开裂与未开裂的范围，然后逐步使试样开裂与未开裂的范围变小，最后在较小的范围确定Sc值。
Sc=（ΣS/104+2ΣT）/n (1-1)
式中：S=名义外层构造虚拟应力，用于计算梁挠度；
T=试验结果（+1表示通过，-1表示破裂）；
n=试验的试件总数。
在处理试验结果时，需剔除S与Sc差值的绝对值大于210Mpa的试验数据。试验溶液采用质量分数0.5%冰乙酸溶解在蒸馏水中的饱和H2S水溶液，不加NaCl。NACE 的标准A溶液是非标准溶液。
方法C，NACE标准C形环试验，评价金属在圆周载荷（环向应力）作用下的抗环境断裂（EC）的性能。特别适用于管材和棒材的横向试验。C形环试件通常用试验期间的断裂所需的时间来确定EC敏感性。C形环将试件弯曲至一特定的外层构造应力水平，以得到破裂/不破裂的结果。当对多个试件在不同的应力等级下的试验后，就能获得一个明显的EC门槛应力值。
NACE TM0177-2005标准方法D法即双悬臂梁（DCB）实验法，是用于测量金属材料抗裂纹扩展能力，用临界应力强度系数K ISSC来表示，K ISSC用于硫化物应力开裂的断裂力学指标，是一种开裂-停止型的断裂力学试验。
NACE双悬臂梁（DCB）试验涉及到材料的环境断裂力学评价，在介绍此方法之前有必要了解一些断裂力学的知识。在一般强度设计中，假设外载应力达到材料屈服强度时，构件就会失效。当构件中存在裂纹时，其强度判据就转变成了材料抗裂纹扩展的能力和裂纹尖端某种力学参量之间的关系。促使裂纹扩展的驱动力称为应力强度因子，用
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下式表示：
a Y K I σ= （1-2）
式中
Y ：一个和裂纹形状、加载方式以及试样几何尺寸有关的量；
σ：应力，MPa ；
a ：裂纹尺寸，m ；
K I ：应力场强度因子，1/2MPa m ?。
当K I 小于某一临界值K IC 时，裂纹不会扩展失稳。
IC K Y σ= （1-3）
式中
c σ：临界状态的断裂应力，MPa ；
c a ：临界状态的裂纹尺寸，m ；
K IC ：为裂纹失稳扩展的临界应力强度因子，或称为断裂韧性，它是材料自身的力学性质，1/2MPa m ?。
在腐蚀介质中，即使外载应力比上述不发生SSC 环境中的K IC 小很多，裂纹尖端仍存在某种驱动力，使裂纹扩展，一定时间后使裂纹失稳并断裂。如果外载应力低到某一值，材料在腐蚀介质中工作足够长的时间，裂纹虽有扩展，但不会失稳，对应于此状态的应力强度因子称为某腐蚀介质环境的临界应力强度因子，某腐蚀介质环境的临界断裂韧性，记为K IEC 。如果是H 2S 环境，记为K ISSC 。
NACE 标准方法D 双悬臂梁（DCB ）试验，测量已有裂纹构件在腐蚀介质中的材料抗裂纹扩展性能。通过断裂力学试验，可以得出材料在不同浓度H 2S 环境中的临界断裂强度因子K ISSC 。
1.4 问题提出
随着断裂力学的发展，材料的断裂韧性K IC 广泛应用在结构设计和防断选材上。目前在输送管长输管道方面，已经采用了断裂力学方法评选材料[9]，研究断裂力学意义上的材料开裂和止裂性能。但是，这些性能主要还停留在无腐蚀的环境中，即只考虑材料的断裂韧性没有考虑材料的硫化物应力腐蚀影响。在油套管或井眼系统中，以腐蚀环境下的断裂力学设计方法尚未引用。在实际的工程应用上用应力强度因子概念来测定裂纹扩展速率和估算油井管剩余寿命，比传统使用强度极限b σ作为设计准则显然要进步的
多。H 2S 腐蚀环境下的设计准则一直采用NACE TM0177-2005中A 方法进行材料的评
绪论
价，即NACE TM0177-2005标准中要求所有抗硫钢材需满足标准A溶液环境中，在材料屈服强度80％~90％应力水平下的抗硫化物断裂试验，超出此应力水平将增加应力开裂的敏感性。
NACE方法A主要只是以强度理论为判据来进行抗硫化氢应力腐蚀开裂材料评选，不能用于不同应力水平硫化物应力开裂的计算。可以用以下方法解决问题：按照NACE 方法D求出在一定腐蚀环境下某种材料的临界强度断裂因子，这样在设计时只涉及外载使材料的应力不超过临界强度因子，那么这种材料就可以采用，这就是所谓的适用性评价（Fit For Purpose）。
目前，对材料抗环境断裂能力，在标准上已有要求。ISO11960（等同于API 5CT）“石油工业油管套管标准”中列出了按双悬臂梁法（DCB）法即D法的H2S环境用钢最小允许临界应力强度因子，即环境断裂韧性值。ISO11960规定了油套管C90、T95的抗SSC能力的指标K ISSC不小于33MPa·m1/2[8]，这个指标作为在油井管的环境断裂中评价油井管的抗SSC性能，应通过DCB试验方法才能进行应用。虽然国际标准已有要求，但是国内尚未开展DCB法的研究和应用。
1.5 研究思路
结合油井管在H2S环境中的评价方法存在的问题，提出本论文的研究思路：
（1）首先分析研究硫化物应力开裂理论；
（2）对含裂纹油井管进行有限元模拟，进行裂纹尖端应力强度因子计算；
（3）开展NACE TM0177-2005双悬臂梁试验方法研究；
（4）确立油井管的适用性评价方法。
1.6 研究内容
基于目前的研究状况，结合现有实验条件，提出了本文的研究方案。本文侧重于基础研究，研究工作以实验为主，辅之以计算机的数值模拟，主要研究内容如下：（1）研究硫化物应力开裂机理，对起裂理论和裂纹扩展情况进行断裂力学分析。
（2）对油井管进行有限元模拟，建立有一定裂纹尺寸的油井管模型，并对裂纹尖端应力强度因子进行分析计算，将断裂力学引入到油井管的评价上。
（3）采用NACE TM0177-2005标准DCB试验方法，对选用的油井管进行抗SSC 性能试验检测，并对NACE TM0177-2005标准D法实验结果的影响因素进行分析，确定完善的试验方法。
（4）最后，对所用材料进行双悬臂梁试验结果与含裂纹油井管分析的结果对比分析，进行材料的适用性评价。
西南石油大学2007届硕士论文
1.6.1 解决的关键问题
论文拟解决的关键问题：
（1）SSC的断裂力学理论分析。
（2）含裂纹油井管的有限元模型建立及裂纹尖端应力强度因子的计算。
（3）探索和完善NACE TM0177-2005标准D法的试验操作规范。
1.6.2 创新点
本论文着重研究的是油井管在酸性环境条件下的新评价方法，在此过程中对材料进行数值模拟、环境断裂力学理论分析和试验研究。其创新点在于：
（1）探讨了NACE TM0177-2005标准方法D对油井管试验评价方法，此方法国内尚未开展。
（2）将断裂力学理论引入到油井管评价，在油井管的设计上引入新的现代设计方法—适用性评价。
2 硫化物应力开裂起裂理论及断裂力学分析
2 硫化物应力开裂起裂理论及断裂力学分析2.1 引言
目前硫化物应力开裂（SSC）的研究，主要是为了评价暴露在酸气环境中的不同钢材产生SSC的敏感性和各种因素对SSC扩展的影响。而在SSC扩展理论方面的研究工作有许多不足，有待进一步深入的研究。尽管有些厂家已经开发研制出抗SSC的新钢种，但是在油气开发过程中，油井管用钢的SSC的破坏仍很严重，所以需要根据SSC 的机理来分析油井管的SSC破坏。因此，本章在理论假设的基础上，提出硫化物应力开裂的起裂判据及对SSC裂纹扩展进行断裂力学分析，推导出SSC裂纹开裂及扩展理论模型。
2.2 起裂理论
硫化物应力腐蚀开裂，按其形成的机理可分为阳极溶解型和氢致开裂型两类。如果阳极金属溶解（腐蚀）所对应的阴极过程是析氢反应（方程2-1-a），并且原子氢能扩散进入试样控制裂纹的成核和扩展，这一类就称为氢致开裂型应力腐蚀。如果应力腐蚀体系中阳极溶解所对应的阴极过程是吸氧反应（方程2-1-c），或者虽然阴极是析氢反应，但进入试样的氢不足以引起氢致开裂，这时由应力腐蚀所致的裂纹成核和扩展就由金属的阳极溶解过程控制，称为阳极溶解型应力腐蚀。本节研究了在应力、氢和腐蚀介质三者对材料的协同作用下的腐蚀情况，包含两层含义：一是指氢致开裂的应力腐蚀，这时的氢来源于应力腐蚀过程（阴极析氢过程）；二是指应力腐蚀过程进入试样的氢对阳极溶解应力腐蚀的促进作用。
腐蚀的电化学方程式：
阳极：M→M+n+ne （2-1-a）阴极：H++e→H （2-1-b）或：2H2O+O2+4e→4（OH）（2-1-c）因应力腐蚀有可能通过局部阳极溶解而在表面形成点蚀坑，所以可把它看成是一个微裂纹。对于无裂纹试样来说，点蚀坑的形成对应力腐蚀起着重要作用，因为蚀坑（微裂纹）前端将会出现应力集中；另一方面，由于闭塞电池的作用，蚀坑内部会局部酸化，从而为析氢反应提供了条件，氢进入试样有可能使蚀坑扩展而导致氢致断裂[10]。
西南石油大学2007届硕士论文
2.2.1 氢致开裂机理
目前关于氢致开裂机理的研究较多，比较典型的有氢压理论、氢降低健合力理论、氢降低表面能理论及氢促进空洞形核理论等[11]。
当氢进入金属，其浓度C H 和氢压p 1/2成正比，式（2-2）。如果溶解在金属中的H 进入某些特殊区域（如夹界或第二相界面，空位团）就会复合成H 2，这时该处的H 2的压力p 就和C H 2成正比，但由于H 2不是理想气团，压力较高时要用逸度f 代替，即式（2-2）变为式（2-3）
()
H C 3440/T =? (2-2)
()()2
2H H C /C exp 2/f S H RT ==?Δ (2-3)
当局部区域C H 很高，从而按上式算出的逸度换算成压力后等于原子键合力th σ，则就会局部地区的原子键断裂而形成微裂纹，与是否存在外加应力无关，也不需要滞后时间（即不需要应力诱导扩散、富集），当氢压p 等于th σ，就会使原子键断裂而形成微裂纹。显然，如果晶体中存在微空洞、夹杂（MnS 等）、第二相、位错缠结、晶界，则氢可能优先在这些缺陷处富集，从而使该处产生微裂纹。由此可知，即使不存在外应力，当局部区域的氢压足够大时就会产生微裂纹。
裂纹前端应力、应变场促使氢扩散、富集。氢在金属内部间隙位置产生应变场i ε，当与外应力i σ发生交互作用时，其作用能U 等于有应力和无应力时化学位之差0σμμ?，即[11] U=0σμμ?=3
1i i i V εσ=?∑ （2-4）
其中V 是金属摩尔体积，i ε是氢的偏摩尔应变场。如果应变是球对称的，即
()123//l l n εεε===ΔΔ （2-5）
n Δ为氢的摩尔数，
则上式变为
U=0σμμ?=()112313h V V εσσσεσ?++=? （2-6）
氢在金属中的偏摩尔体积为
()1/33H l l V V V V V V n V n n
εΔ?Δ====?ΔΔ （2-7）
由此可知：
U=0σμμ?=H h V σ，()12313
h σσσσ=++ （2-8） 根据化学位梯度引起氢扩扩散的公式：
DC u J RT x
?=?? （2-9） 应力梯度引起的扩散通量
h H DCV DC u J RT x RT x σσ??=?
=??? （2-10） 加上浓度梯度引起的c C J D x
?=??，Fick 第一定律变为 h H c DCV C J J J D
x RT x σσ??=+=?+?? （2-11） Fick 第二定律变为
2222h h H H DCV DV C J C C D t x x
RT x RT x x σσ??????=?=????????? （2-12） 如在y 方向及z 方向也存在应力梯度，则上式就变为
22h H DV C C C D t x RT x x
σ????=?????? （2-13） 因为应力i σ是无源势场，222312222
0x x x σσσ???===???。这样在一定边界条件下应力诱导扩散方程（2-13）的解已被求出[12]。
通过应力诱导扩散，氢将向高应力区富集，经足够长的时间，分布在加载的高应力区的氢浓度将增大，使氢压p 不断增大到th σ，从而使氢压裂纹继续扩展，直至断裂。
事实上，氢降低原子键合力理论认为，当局部应力等于原子键合力th σ时，原子键就破裂，从而微裂纹形核；固溶的原子氢能使原子键合力从th σ降为()th H σ，这就是说，使氢致微裂纹形核所需的局部应力集中，从th σ降为()th H σ。这样一来就会使应力集中的外加应力下降，或临界应力强度因子从IC K 降为IH K 。DCB 试样的开裂过程依据上述
理论。最后求出的数值ISSC K ，也就是在H 2S 腐蚀溶液环境下的临界应力强度因子，本质上也就是IH K ，但其影响因素还有原腐蚀产物膜和Cl -等其他因素。
Cl -在应力腐蚀开裂中得作用主要有两方面，一方面是对点蚀（微裂纹）的促进作用，另一方面是Cl -对Fe 原子表面活性能的影响。其原因如下：因为腐蚀产物膜具有离子键，进入膜后的H 一部分变成H +，它和S 2-形成HS -，它很容易和溶液中的Cl -发生交换，从而使膜中Cl -局部富集，促进点蚀。更重要的原因是Cl -的离子半径是所有卤化物离子里最小的，而且是活性最高的[13]。腐蚀产物膜的致密程度不能阻止Cl -的进入。
2.2.2 阳极溶解机理
如果阴极反应过程是吸氧，没有进入金属内部，则为阳极溶解型应力腐蚀。关于阳极溶解SCC 机理的描述有膜破裂的滑移溶解模型，沿晶位错线隧道腐蚀的择优溶解理论[14][15]、钝化膜致脆机理[16]-[18]，腐蚀促进局部塑性致脆机理等。
对于一个缺口或裂纹，腐蚀产物的堆积就会把缺口封盖。因为H 2S 分子体积大，很难穿过腐蚀产物进入裂纹尖端，故裂纹尖端H 2S 浓度降低，成为阳极。而表面H 2S 浓度高，成为阴极，从而就构成一个闭塞电池。由于水解作用，裂纹间断的酸度会增加（PH 下降）。对低碳高强度钢在腐蚀介质中应力腐蚀，在裂纹尖端处阳极溶解，Fe →Fe +2+2e ；而外侧富H 2S 区是阴极，其反应为H 2S →H ++HS -和H 2S →2H ++S 2-。S 2-离子向裂纹内迁移，Fe +2向裂纹外迁移，当它们在缺口表面相遇就发生反应
22Fe S FeS +?+? （2-14）
它是一种絮状沉淀，这种腐蚀产物将会把缺口封盖。H 2S 和Fe +2不能快速穿过沉淀物，在缺口内部由于缺少H 2S 不能继续分解成S 2-，缺口内部阳极溶解产生的Fe +2只能发生水解反应生成Fe （OH ）2
222()2Fe H O Fe OH H +++?+ （2-15）
这样一来除了缺口处水解反应生成的Fe （OH ）2还过剩2H +，从而缺口内部酸化。
裂纹尖端的酸化现象为氢的析出提供了热力学可能。析出的H 一方面复合成H 2而逸出，另一方面吸附进入试样内部。也就是说由于闭塞电池作用将导致裂尖酸化，因而在应力腐蚀过程中H 可以进入试样。在讨论阳极溶解型的应力腐蚀时，必须考虑这些氢对阳极溶解过程的影响。
材料与腐蚀介质反应生成一层钝化膜，如应力能使膜局部破裂（如位错滑出产生滑移台阶使膜破裂），局部地区（如裂尖）露出无膜的金属，它相对膜未破裂部位是阳极相，会发生瞬时溶解，新鲜金属在溶液中会发生再钝化，钝化膜重新形成后溶解（裂纹扩展）就停止，已经溶解的区域由于存在应力集中，因而使该处的钝化膜再一次破裂，又发生瞬时溶解，这种膜破裂、金属溶解、再钝化过程的循环重复，就导致应力腐蚀裂纹的形核和扩展。H 在对钝化膜的作用能升高空位[19]，钝化膜中存在空位就会促进金属离子从膜的内界面向溶液的扩散，从而促进膜的局部破裂。另一个主要原因在于H 能
金属材料-准静态断裂韧性测试的方法
ICS 77.040.10 Ref. No. ISO 12135:2002/Cor.1:2008(E) ? ISO 2008 – All rights reserved Published in Switzerland INTERNATIONAL STANDARD ISO 12135:2002 TECHNICAL CORRIGENDUM 1 Published 2008-06-01 INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION ? МЕЖДУНАРОДНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ ? ORGANISATION INTERNATIONALE DE NORMALISATION Metallic materials — Unified method of test for the determination of quasistatic fracture toughness TECHNICAL CORRIGENDUM 1 Matériaux métalliques — Méthode unifiée d'essai pour la détermination de la ténacité quasi statique RECTIFICATIF TECHNIQUE 1 Technical Corrigendum 1 to ISO 12135:2002 was prepared by Technical Committee ISO/TC 164, Mechanical testing of metals , Subcommittee SC 4, Toughness testing — Fracture (F), Pendulum (P), Tear (T). Page 1, Clause 2 Replace the reference to ISO 7500-1:— with the following: ISO 7500-1, Metallic materials — Verification of static uniaxial testing machines — Part 1: Tension/compression testing machines — Verification and calibration of the force-measuring system Delete the reference to Footnote 1) and the footnote “To be published. (Revision of ISO 7500-1:1999)”. Page 13, Figure 6 Add “(not to scale)”. Move the note from under the title of Figure 6 to above the title. Page 16, Figure 9, Footnote d) Replace “on” with “or” to give d Edge of bend or straight compact specimen.
ansys分布载荷作用下的悬臂梁应力计算
ansys 分布载荷作用下的悬臂梁应力计算 分析模型如图1-1 所示, 梁的横截面为矩形 宽х高 = 1х 2 m 2 . 受到分布载荷作用。材料的弹性模量200GPa, 泊松比0.3。习题文件名: Cantilever beam 。 注意：用实体单元离散，长度单位m, 力的单位 N ，对应应力单位 Pa ，按照平面应力处理。 1.1 进入ANSYS 程序 →ANSYSED 10.0 → input Initial jobname: Cantilever beam →OK 1.2设置计算类型 Main Menu: Preferences →select Structural → OK 1.3选择单元类型 Main Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete →Add →select Solid Quad 4node 182 →OK (back to Element Types window) → Options →select K 1: Reduced integration → K3: Plane Stress →OK→Close (the Element Type window) 1.4定义材料参数 Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic →Isotropic →input EX:200e9，PRXY:0.3→ OK 1.5生成几何模型 生成特征点 Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Key points →In Active CS →依次输入四个点的坐标(每次输入后按Apply,最后按OK)：input:1(0,0,0), 2(10,0,0), 3(10,2,0), 4(0,2,0) →OK 生成面 Main Menu: Preprocessor → Modeling → Create → Areas → Arbitrary → Through KPS →依次 连接四个特征点，1 → 2 → 3 → 4 → OK 注意：上面两步也可简化为： Main Menu: Preprocessor → Modeling → Create →Areas → Rectangle → By two corners → WP X, WP Y 均输入0， Width 输入10, Height 输入 2 → OK 1.6 网格划分 =0
应力腐蚀
1．应力腐蚀的机理：阳极溶解和氢致开裂机理 阳极溶解机理应力腐蚀断裂必须首先发生选择性腐蚀，而金属的腐蚀又受图4所示的阳极极化曲线的影响。以不锈钢为例，增加介质中Cl-含量，降低介质中O2含量及pH值，都会使图4a中阳极极化曲线从左向右移动，这四根曲线分别对应于蚀坑或裂纹区(图4b)的不同位置。应力的主要作用在于使金属发生滑移或使裂纹扩展，这两种力学效应都可破坏钝化膜，从而使阳极过程得以恢复，促进局部腐蚀。钝化膜破坏以后，可以再钝化。若再钝化速度低于钝化膜破坏速度，则应力与腐蚀协同作用，便发生应力腐蚀断裂。 氢致开裂机理或称氢脆机理，是应力腐蚀断裂的第二种机理。这种机理承认SCC必须首先有腐蚀，但是，纯粹的电化学溶解，在很多情况下,既不易说明SCC速度，也难于解释SCC的脆性断口形貌。氢脆机理认为,蚀坑或裂纹内形成闭塞电池，局部平衡使裂纹根部或蚀坑底部具备低的pH值，这是满足阴极反应放氢的必要条件。这种氢进入金属所引起的氢脆,是SCC的主要原因。这种机理取决于氢能否进入金属以及金属是否有高度的氢脆敏感性。高强度钢在水溶液中的SCC以及钛合金在海水中的SCC是氢脆引起的。
2．应力腐蚀开裂的断口形貌：穿晶断口开裂图
3．氢鼓泡产生机理，文字图 通过实验和理论分析研究了氢鼓泡形核、长大和开裂的过程. 在充氢试样中发现直径小于100 nm未开裂的孔洞, 它们是正在长大的氢鼓泡, 也发现已开裂的鼓泡以及裂纹多次扩展导致破裂的鼓泡.分析表明, 氢和空位复合能降低空位形成能, 从而使空位浓度大幅度升高, 这些带氢的过饱和空位很容易聚集成空位团.H在空位团形成的空腔中复合成H2就使空位团稳定, 成为氢鼓泡核.随着H 和过饱和空位的不断进入, 鼓泡核不断长大, 内部氢压也不断升高.当氢压产生的应力等于被氢降低了的原子键合力时, 原子键断开, 裂纹从鼓泡壁上形核. 图5 氢鼓泡形核、长大示意图 (a) 空位V和原子氢H聚集成为空位-原子氢集团; (b) 原子氢在空位 团中复合成分子氢H2, 使其稳定, 鼓泡核形成; (c) 空位和氢不断进 入鼓泡核使其长大; (d) 当鼓泡核内氢压产生的应力等于原子键合力时, 在鼓泡壁形成裂纹 首先, 氢(H)进入金属和空位(V)复合, 使空位形成能大大降低, 从而大幅度升高空位浓度, 这些过饱和空位容易聚集成空位团. 当4个或以上的空位或空位-氢复合体(V-H)聚集成空位四面体或空位团时, 内部形成空腔, 如图5(a). 空位所带的氢在空腔中就会复合成H2, 形成氢压. 由于室温时H2不能分解成H, 故含H2的空位团在室温是稳定的, 它就是鼓泡核, 如图5(b). 随着H和空位不断进入鼓泡核, 就导致鼓泡在充氢过程中不断长大, 同时氢压不断升高, 如图5(c). 当鼓泡中的氢压在内壁上产生的应力等于被氢降低了的原子键合力时, 原子键断裂, 裂纹沿鼓泡壁形核, 如图5(d). 随着氢的不断进入, 裂纹扩展, 直至鼓泡破裂4．氢进入金属材料的途径P129 5．氢致脆断类型：可逆和不可逆，第一类和第二类
金属疲劳应力腐蚀试验及宏观断口分析
金属疲劳、应力腐蚀试验及宏观断口分析 在足够大的交变应力作用下，由于金属构件外形突变或表面刻痕或内部缺陷等部位，都可能因较大的应力集中引发微观裂纹。分散的微观裂纹经过集结沟通将形成宏观裂纹。已形成的宏观裂纹逐渐缓慢地扩展，构件横截面逐步削弱，当达到一定限度时，构件会突然断裂。金属因交变应力引起的上述失效现象，称为金属的疲劳。静载下塑性性能很好的材料，当承受交变应力时，往往在应力低于屈服极限没有明显塑性变形的情况下，突然断裂。疲劳断口（见图1-1）明显地分为三个区域：裂纹源区、较为光滑的裂纹扩展区和较为粗糙的断裂区。裂纹形成后，交变应力使裂纹的两侧时而张开时而闭合，相互挤压反复研磨，光滑区就是这样形成的。载荷的间断和大小的变化，在光滑区留下多条裂纹前沿线。至于粗糙的断裂区，则是最后突然断裂形成的。统计数据表明，机械零件的失效，约有70%左右是疲劳引起的，而且造成的事故大多数是灾难性的。因此，通过实验研究金属材料抗疲劳的性能是有实际意义的。 图1-1 疲劳宏观断口 一﹑实验目的 1.了解测定材料疲劳极限的方法。 2.掌握金属材料拉拉疲劳测试的方法。 3.观察疲劳失效现象和断口特征。 4.掌握慢应变速率拉伸试验的方法。 二、实验设备 1.PLD-50KN-250NM 拉扭疲劳试验机。 2.游标卡尺。 3.试验材料S135钻杆钢。 4.PLT-10慢应变速率拉伸试验。 三﹑实验原理及方法 在交变应力的应力循环中，最小应力和最大应力的比值为应力比： max min σσ= r （1-1） 称为循环特征或应力比。在既定的r 下，若试样的最大应力为max 1σ，经历N 1次循环后，发生疲劳失效， 则N 1称为最大应力r 为时的max 1σ疲劳寿命（简称寿命） 。实验表明，在同一循环特征下，最大应力越大，则寿命越短；随着最大应力的降低，寿命迅速增加。表示最大应力max σ与寿命N 的关系曲线称为应力-寿命曲线或S-N 曲线。碳钢的S-N 曲线如图1-2所示。由图可见，当应力降到某一极限值r σ时，S-N 曲线趋 近于水平线。即应力不超过r σ时，寿命N 可无限增大。称为疲劳极限或持久极限。下标r 表示循环特征。 实验表明，黑色金属试样如经历107次循环仍未失效，则再增加循环次数一般也不会失效。故可把107 次循环下仍未失效的最大应力作为持久极限r σ。而把N 0=107称为循环基数。有色金属的S-N 曲线在N>5×108时往往仍未趋于水平，通常规定一个循环基数N 0，例如取N 0=108，把它对应的最大应力作为“条件”持久极限。
TS-S100302002(环境应力筛选(ESS)规范V1.0)
环境应力筛选规范 （Environmental Stress Screen） 拟制：___________________日期：__________ 审核：___________________日期：__________ _______________________________________________ 规范化审查：_________________日期：__________ 批准：___________________日期：__________
更改信息登记表 规范名称: 环境应力筛选规范（Environmental Stress Screen）规范编码:
目录 1.目的 2.适用范围 3.引用/参考标准或资料 4.定义 5.规范内容 5.1 环境应力筛选程序 5.2 快速温度循环筛选基本参数 5.3 温度循环特性分析 5.3.1 诱发故障和筛选机理 5.3.2 温度上、下限极值选定准则 5.3.3 上、下限温度的持续时间确定准则 5.5.4 温度变化速率确定准则 5.3.5 温度循环次数（或筛选时间）选择准则5.3.6 设备状态（通断电和性能测试）确定准则5.3.7 温度循环筛选度计算 5.3.8 温度箱内产品的安装
1.目的 本文规定了快速温度循环环境应力筛选的基本程序和方法，以规范环境应力筛选工作。 2.适用范围 本规范适用于二次电源模块以及其他产品的单板环境应力筛选。 对中试验证批产品、生产返修产品和某些可靠性要求较高的产品需要采用以下方法进行筛选。 对其他产品是否按照以下方法筛选参考有关文件规定。 3.引用/参考标准或资料 《可靠性试验技术》，国防工业出版社 《可靠性试验》，航空航天出版社 MIL-HDBK-338B，《Electronic Reliability Design Handbook》，1998.10 GJB/Z 34-93 《电子产品定量环境应力筛选指南》，1993 4.定义 4.1 环境应力筛选（Environmental Stress Screen） 通过向电子产品施加合理的环境应力和电应力，将其内部的潜在缺陷加速变成故障，并通过检验发现和排除的过程，是一种工艺手段。 典型的筛选应力为随机振动、温度循环和电应力，根据我司的实际情况选择快速温度循环＋高温工作老炼筛选方法。 4.2 筛选度（Screen Strength） 产品中存在对某一特定筛选敏感的潜在缺陷时，该筛选将该缺陷以故障形式析出的概率。
关注碱性应力腐蚀开裂
关注碱性应力腐蚀开裂 碱溶液中的腐蚀 在室温下，对于各种金属和合金，包括碳钢在内，在任意浓度的碱溶液（如氢氧化钠或者氢氧化钾）中的腐蚀，是较为容易控制的。随着温度和浓度的增加，腐蚀也将随之增强。考虑腐蚀的影响，碳钢的有效安全使用限制温度大约是150℉/65℃。读者从图1的曲线中可以看到碳钢的安全温度限制。相比于碳钢，不锈钢抵抗一般性腐蚀的能力更强；在大约接近250℉/121℃的温度下才发生碱性应力腐蚀开裂。 一般而言，随着含镍量的增加，金属抵抗碱溶液腐蚀的能力增强。碱性应力腐蚀开裂的敏感性主要取决于合金成分、碱浓度、温度和应力水平。对于一般开裂机理，都存在一个裂纹发生的临界应力值。不幸的是，现在还没有精确的获得在高温碱性环境下的高含镍量合金的临界应力值。由于600合金在压水反应堆蒸汽发生器传热管中的大量使用，已经获得了许多600合金在碱性环境下的数据。200合金（纯镍）除了在极其恶劣的碱性环境，包括熔盐的情况下，一般是不会发生腐蚀的。 合金抗碱溶液腐蚀的能力 碳钢和低合金钢 任意浓度的氢氧化钠和氢氧化钾（作为以下的碱）可用碳钢容器在室温下进行保存。当温度高于周围环境时，碳钢的腐蚀速率增大并且伴随着发生碱性应力腐蚀开裂的风险。碳钢容器可以在温度达到180℉/82℃的情况下安全的贮存低浓度的碱溶液；而对于浓度为50%的溶液，在温度接近120℉/48℃的情况下就会有发生碱性应力腐蚀开裂的风险。氢氧化钠环境下的使用图（图1）被广泛用于确定碳钢在不同碱浓度下的安全使用温度。图2所示的是碳钢在碱性环境下的裂纹显微照片。 铁素体不锈钢 高纯度的铁素体不锈钢，例如E-Brite 26-1（UNS S44627），显示出了很好的对高浓度碱性溶液的腐蚀抵抗力，其抗碱腐蚀性能远好于奥氏体不锈钢。根据报道，它抗碱性腐蚀的性能不低于镍。由于这种很好的对碱性环境的抗腐蚀性，使其能使用在会对镍合金造成腐蚀的次氯酸盐和氯酸盐杂质的环境中。据一则报道表明，26-1铁素体不锈钢可以在300℉/148℃到350℉/177℃的高温环境下使用。据另一则报道显示，其在350℉/177℃到400℉/204℃温度下，氢氧化钠的浓度为45%时，仍有很好的抗腐蚀能力。基于其对碱性环境，特别在含有氧化的污染物情况下，的良好抗腐蚀性，因此，在碱的蒸发器管中得到广泛应用。然而，铁素体不锈钢的致命缺陷是其固有的低的焊 接韧性和在高温下的低强度。因此，它们不能正常的应用 于压力容器。 奥氏体不锈钢 研究者根据商用纯碱溶液开发了用于描述影响碱脆的浓度 和温度参数图，也即为300系列奥氏体不锈钢的应力腐蚀 开裂。图3显示了所开发的图。1mpy的等蚀线在大约100° C使，对具有20%-60%浓度的碱为常数，应力腐蚀开裂的轮 廓线在40%-50%浓度范围内则稍高。 300系列不锈钢在热的浓度为40%-50%范围内的碱中很可能 会发生快速的一般性腐蚀，事实上，这种现象已经被观察 到了。因此，可能的安全限值将低于图上所示数值，例如： 50%浓度所对应的70°C和40%浓度所对应的80°C。 对于304/316类型的不锈钢，一般服役最大温度限值是100°C。在更高的温度下将会产生碱性开裂。300系列不 锈钢的应力腐蚀开裂是一种典型的穿晶裂纹。 双相不锈钢 双相不锈钢具有类似于316不锈钢那样的抗一般性腐蚀的 能力，并且对氯化物应力腐蚀开裂的敏感性性也较低。具 有较高合金含量的显著添加了钼和氮成分的双相钢合金， 抗碱性环境腐蚀的能力要优于316不锈钢。据报道，2205 不锈钢和2906不锈钢能很好的抵抗碱性应力腐蚀开裂。 高含镍量的奥氏体不锈钢 高含镍量的不锈钢中约含25-35 wt％的镍，包含有非专利 和有专利的合金，如：904L、Sanicro28、20Cb-3合金、800合金、AL6- XN等。与300系列不锈钢相比较，这些合 金对侵蚀性（高温）溶液的抵抗力有了极大的提高。 镍合金 在抗碱性环境下的腐蚀和应力腐蚀开裂方面，商业纯镍，200合金（N02200）和201合金（N02201）是最好的材料。400合金（N04400）和600合金（N06600）也具有优异的抗应力腐蚀能力。当碱浓度在70％以上，温度高于290°C（550°F）时，这些合金也会出现腐蚀应力开裂。镍铬钼合金，如C- 276（N10276），具有很好的抗碱性开裂的能力，但，在高浓度和高
GJB1032-90电子产品环境应力筛选方法
GJB 中华人民共和国国家军用标准 FL GJB1032－90 电子产品环境应力筛选方法 environmental stress screening process for electronic products 1991－01－26发布1991－06－01 国防科学技术工业委员会批准
目次1主题内容与适用范围 2引用标准 3术语 4一般要求 5环境应力筛选条件 6筛选程序 附录A 环境应力筛选故障寻找方案（补充件） 附录B 温度循环保持时间的确定（补充件） 附录C 环境应力筛选试验时间的确定（参考件）附录D 环境应力筛选试验的抽样和简化（参考件）
中华人民共和国国家军用标准 电子产品环境应力筛选方法 GJB1032－90 environmental stress screening process for electronic products 1主题内容与适用范围 本标准规定了军用电子产品环境应力筛选的要求、条件和方法。 本标准适用于下列各类电子产品，在研制和批生产阶段的环境应力筛: a.地面固定设备； b.地面移动设备； c.舰船用设备； d.飞机用设备及外挂； e.导弹用设备。 筛选产品可以是印刷电路板组装件、电子组件或整机；对大型电子产品应优先考虑在较低装配级别如印刷电路板组装件上进行筛选。 2引用标准 GB 2036 印制电路名词术语及定义 GB 5170 电工电子产品环境试验设备基本参数检定方法 GB 8052 单水平和多水平连续计数抽样检查程序及表 GJB 150 军用设备环境试验方法 GJB 431 产品层次、产品互换性、样机及有关术语 GJB 450 装备研制与生产的可靠性通用大纲 GJB 451 可靠性、维修性术语 GJB 457 机载电子设备通用规范 3术语 3.1环境应力筛选
悬臂梁分析报告
悬臂梁受力分析报告 高一博 2016.11.13 西安理工大学 机械与精密仪器工程学院
摘要 利用ANSYS对悬臂梁进行有限元静力学分析,得到悬臂梁的最大应力和挠度位移。从而校验结构强度和尺寸定义，从而对结构进行最优化设计修正。 关键词：悬臂梁，变形分析，应力分析
目录 一.问题描述： (4) 二.分析的目的和内容： (4) 三.分析方案和有限元建模方法： (4) 四.几何模型 (4) 五．有限元模型 (4) 六．计算结果： (5) 七.结果合理性的讨论、分析 (8) 八．结论 (8) 参考文献 (8)
一.问题描述： 现有一悬臂梁，长500MM，一端固定，另外一端施加一个竖直向下的集中力200N。 其截面20MMX20MM的矩形，现在要分析该梁的在集中力作用下产生的位移，应力和局部应力。 二.分析的目的和内容： 1.观察悬臂梁的变形情况； 2.观察分析悬臂梁的应力变化； 3.找出其最大变形和最大应力点，分析形成原因； 三.分析方案和有限元建模方法： 1.使用ANSYS-modeling-create-volumes-block建模， 2.对梁进行材料定义，网格划分。 3.一端固定，另外一端施加一个向下的200N的力。 4.后处理中查看梁的应力和变形情况。 四.几何模型 500X20X20的梁在在ANSYS中进行绘制.由于结构简单规则，无需简化。 五．有限元模型 单元类型：solid brick8node45 材料参数：弹性模量2e+11pa,泊松比0.3 边界条件：一端固定，一端施加载荷 载荷：F=200N 划分网格后的悬臂梁模型
环境应力开裂
6.1.3聚乙烯环境应力开裂试验（G B1842——1999） 应力开裂是指材料受到低于其屈服点的应力或者说低于其短期强度的应力（包括内应力、外应力以及两种应力的组合）的长期作用下发生开裂而破坏的现象。但这种应力开裂，可能需要很长时间才会发生，当材料暴露于化学介质中，发生应力开裂而破坏的时间就会大大地缩短，因此环境应力开裂就是指材料暴露于化学介质中，受到低于其屈服点的应力或者说低于其短期强度的应力（包括内、外应力以及两种应力的组合）的较长期作用下，发生开裂而破坏的现象。 一、培训准备 1.理论准备 的定义。 掌握应力开裂、应力开裂破损、环境应力开裂时间F 50 了解环境应力开裂试验设备的结构。 2.仪器准备 环境应力开裂试验仪器、测定所需试剂及相应设备。 二、操作步骤 1.试剂 壬基酚聚氧乙烯醚（TX-10，也称OP-10、Oπ-10）或其10%（V/V）水溶液。壬基酚聚氧乙烯醚应贮存在密闭的金属或玻璃容器中以避免其吸湿，TX-10试剂放置时间较长时可进行红外分析，若观察到羰基峰存在，则认为试剂已降解。 配制试剂水溶液时，应将混合液加热到60℃左右，连续搅拌1h。配制好的试剂水溶液应在一个星期内使用，并只使用一次，不得重复使用。 如有特殊需要也可以采用其他表面活性剂、皂类及任何不使试样发生显着溶胀的有机试剂作为试剂。 2.试样制备 按GB/T9352规定采用单功位压机和溢料式模具按照表2-6-1条件制备压塑试片，试片厚度如下：密度小于等于925kg/m3的聚乙烯试片厚度为3.00mm～3.30mm，密度大于925kg/m3的为1.75mm～2.00mm。 表2-6-1试片模塑条件
第_7_章_应力腐蚀
7.1应力腐蚀断裂7.1应力腐蚀断裂 7.2 金属的氢脆和氢损伤7.2 金属的氢脆和氢损伤 7.4 腐蚀疲劳7.4 腐蚀疲劳 7.5 腐蚀磨损7.5 腐蚀磨损 7.3 晶须增强铝复合材料应力腐蚀行为的研究7.3 晶须增强铝复合材料应力腐蚀行为的研究
7.1 应力腐蚀断裂 7.1 应力腐蚀断裂 应力腐蚀－普遍而历史悠久的现象 古代波斯王国青铜少女头像上具有 黄铜弹壳开裂、黄铜冷凝管 蒸汽机车锅炉碱脆 铝合金在潮湿大气中的SCC 奥氏体不锈钢的SCC； 含S的油、气设备出现的SCC 航空技术中出现的钛合金的 腐蚀领域研究最多的课题－应力腐蚀开裂
一. 应力腐蚀断裂产生的条件及特征 1.必须有应力，拉伸应力越大，则断裂所需的时间越短。断裂所需应力，一般低于材料的屈服强度 2.腐蚀介质是特定的，只有某些金属－介质的组合，才会发生应力腐蚀断裂 3.断裂速度介于无应力时的腐蚀速度及单纯力学因素引起的断裂速度拉伸应力来源： 1.残余应力－加工、冶炼、装配过程中产生的 2.外应力及工作所承受的载荷 3.体积效应所造成的不均匀应力 7.1 应力腐蚀断裂7.1 应力腐蚀断裂 应力－力学因素
应力应力在特定破裂体系中起以下作用 应力引起塑性变形； 应力使腐蚀产生的裂纹向纵深扩展 应力使能量集中于局部 工作应力 应力－力学因素 7.1 应力腐蚀断裂7.1 应力腐蚀断裂
腐蚀－电化学因素 凡是能促使钝化膜不稳定的电势区域，都易产生应力腐蚀断裂 在活化－钝化以及钝化－再活化过渡区的很窄电位区内容易发生应力腐蚀 金属断裂－金属学因素 1.晶界吸附－晶界偏聚 2.晶界沉淀－过饱和固溶体脱溶沉淀时，在晶界择优不均匀长大 3.位错与金属结构交互作用 4.表面膜对位错运动的影响
悬臂梁的受力分析与结构优化
悬臂梁的受力分析与结构优化 吴鑫龙3136202062 【摘要】悬臂梁不管是在工程设计还是在机械设计中都有着广泛的应用，其有着结构简单，经济实用等优点。但受到其自身结构的限制，一般悬臂梁的力学性能和使用性能都会受到很大的限制。本篇主要探究悬臂梁在使用中的受力情况并从材料力学的角度来对其进行优化设计,并对新设计悬臂梁进行分析。 【Abstract 】Cantilever whether in engineering or mechanical design have a wide range of applications, it has a simple structure, economical and practical advantages. But by its own structural limitations, the general cantilever mechanical properties and performance will be greatly limited. This thesis is focus on exploring the cantilever in use from the perspective of the forces and the mechanical design to be optimized., and analysis the new design cantilever . 【关键词】悬臂梁受力设计 【Keywords】cantilever force analysis optimization 背景及意义 悬臂梁是指梁的一端为不产生轴向、垂直位移和转动的固定支座，另一端为自由端（可以产生平行于轴向和垂直于轴向的力）。在实际工程分析中，大部分实际工程受力部件都可以简化为悬臂梁。但是悬臂梁的缺点在于它的受力性能不好，即使只是在悬臂梁末端施加一个较小的载荷，通过较长力臂的放大作用，也会对底部连接处产生一个很大的弯矩。因此，对悬臂梁强度校核前的受力分析和对其进行优化设计对工程和机械领域的发展都有着极大的意义。 一般悬臂梁的受力分析 一般悬臂梁，既没有经过任何结构和形状改变的普通悬臂梁。
乙烯塑料环境应力开裂的标准试验方法 ASTM D1693-15 (中文翻译版)
乙烯塑料环境应力开裂的标准试验方法ASTM D1693-15 （中文翻译版） 1本试验方法由美国材料与材料学会D20塑料委员会管辖，由D20.15热塑性材料小组委员会直接负责。 现行版本于2015年5月1日批准。2015年6月出版。最初批准于1959年。上一版于2013年批准为D1693-13。DOI: 10.1520/D1693-15。 本标准以固定名称D1693发布；紧跟在名称后面的数字表示最初采用的年份，如果是修订，则表示最后修订的年份。括号中的数字表示上次重新批准的年份。上标（ε）表示自上次修订或重新批准以来的编辑性更改。 本标准经美国国防部机构批准使用。 1、适用范围 1.1本测试方法用于决定如术语D883所定义的乙烯塑料处于此处指定条件下时对环境应力开裂的敏感性。在一定应力条件及诸如肥皂、润湿剂、油或洗涤剂等环境条件下，乙烯塑料可能出现开裂引起的机械性损伤。 1.2以SI单位表述的数值认定为标准值。 1.3本标准无意论及与其使用相关的可能的所有安全事项。本标准的使用者有责任制定适宜的安全和健康操作规程，并在使用前确定规定的适用范围。 注1：没有类似或等效ISO标准。 2、参考文献 2.1 ASTM标准2
2有关参考的ASTM标准，请访问ASTM网站https://www.wendangku.net/doc/4f10127344.html,，或通过Service@https://www.wendangku.net/doc/4f10127344.html,联系ASTM客户服务。有关ASTM标准年鉴卷信息，请参阅ASTM网站上的标准文件摘要页。D618测试用塑料调整方法 D883塑料相关术语 D1204高温下非硬性热塑塑料薄板或薄膜线性尺寸变化的测试方法 D1248用于线缆的聚乙烯塑料挤出材料规格 D3350聚乙烯塑料管及其配件材料规格 D4703热塑性塑料压缩模制成试样、饰板及薄板的操作方法 D4976聚乙烯塑料模制和挤压材料规格 E691开展实验室间研究以确定测试方法精度的规程 2.2 ASTM附件 仪器制图及设计图3 3仪器的详细图纸可从ASTM总部获得。请求ADJD169301、ADJD169302、ADJD169303和ADJD169304。 3、术语 3.1定义： 3.1.1应力开裂，n——由低于塑料短时机械强度的拉应力引起的塑料外部或内部的开裂。 3.1.1.1讨论——这类开裂常常受塑料所处环境的影响而加速发展。存在于塑料内部或外部的应力或者两种应力的共同作用可以引起开裂。由细小裂纹构成的网络状的开裂称为龟裂。 3.1.2应力开裂破损，n——本实验中凡能用眼睛观察到的裂纹均可认为是整个试样的应力开裂破损。刻痕的延伸不应归为试样破损。单个试样出现多于一个开裂归为单一破损。
环境试验的重要性及环境试验设备的有关问题
环境试验的重要性及环境试验设备的有关问题 环境试验的重要性及环境试验设备的有关问题 1环境试验的目的及其重要性 随着我国工业生产的快速发展和军用装备的改进，对产品的质量和可靠性要求越来越高，因而对可靠性研究必不可少的设备─环境试验设备的品种、质量的要求也更多更高。特别是海湾战争显示了武器装备在战争中的重要作用，也促使了我国军事科技和武器装备的研究、试验和发展。 国内外的部分统计资料表明，武器装备发生故障或损坏的原因一半以上是由于使用该产品时的环境因素引起的，如表1： 表1中、美军用航空产品故障情况 国家中美 产品机载产品沿海基地使用的产品同一种175架飞机中31种产品两年故障分析 F/A-18大黄蜂飞机 因环境因素引起的故障 52.7% 52% 52% 51% 其中：温度(高低温)振动潮湿砂尘盐雾低气压冲击 42 40 55 40 21.6 27 20 27 19 19 19 19 7.8 14 6 6 3.9 / / 4 3.6 / / 2 2.1 / / 2 可见，环境因素对军用装备非常重要，有不可忽视的影响，为了使军用产品有很好的环境适应性，从而提高其使用可靠性，不仅在开发研制阶段，就是在使用阶段都必须进行环境试验。 对一般电工、电子产品，由各种环境因素引起的失效比例统计如图1示： 图1 可见一般电工、电子产品由环境因素引起的失效与上表的统计是差不多的。 环境试验是将产品暴露在天然或人工模拟环境中，从而对其实际上可能遇到的贮存、运输和使用条件下的性能作出评价的试验，简单说是对产品进行环境适应性的试验。 环境试验的目的： 1.1探索和确定单一或多个环境因素对产品的影响，考核产品的环境适应性； 1.2作为产品的型式试验项目之一，或产品的验收试验，看其是否符合规定的环境要求，产品是否合格，作为产品接收或拒收的决策依据。 1.3作产品环境应力筛选（ESS）试验，筛选出不合格的或有潜在缺陷的产品，从而提高产品的可靠性。 环境试验可分外场试验及实验室试验： (1) 实验室试验：一般在实验室内进行，又叫人工模拟试验，是用人工的方法创造出某种气候环境或机械环境，将试品在此环境中试验。人工模拟试验具有与大气暴露试验相似的模拟性，并有加速性，可大大缩短试验时间，且其环境应力、负载条件的施加都可严格控制在容差范围内，保证全部试验在受控条件下进行，故重现性好，有可比性，其缺点是受到设备的限制，一般是试验一些体积较小，重量较轻的产品，且有时对非常真实的综合环境的模拟性较差。 (2) 外场试验，可分为天然暴露试验和现场试验：
PE管材耐环境应力开裂的影响因素及对策
PE管材耐环境应力开裂的影响因素及对策 发表时间：2018-05-22T11:47:20.583Z 来源：《基层建设》2018年第5期作者：史家军 [导读] 摘要：塑料管材以其耐腐蚀、耐老化、环保安全而越来越受到人们的青睐，新型塑料管材不仅能大量替代钢材、木材、水泥等传统建筑，而且还具有节能、节材、保护生态、改善居住环境等特点。PE 管道已发展成多品种、多应用领域管材，广泛应用于建筑给排水、城镇给排水、供热采暖、化工医药等领域。本文分析了聚乙烯（PE）工艺对PE 管材耐环境应力开裂（ESCR）性能的影响，并提出改善PE 管材ESCR 性能的措施。 河南联塑实业有限公司河南周口 466700 摘要：塑料管材以其耐腐蚀、耐老化、环保安全而越来越受到人们的青睐，新型塑料管材不仅能大量替代钢材、木材、水泥等传统建筑，而且还具有节能、节材、保护生态、改善居住环境等特点。PE 管道已发展成多品种、多应用领域管材，广泛应用于建筑给排水、城镇给排水、供热采暖、化工医药等领域。本文分析了聚乙烯（PE）工艺对PE 管材耐环境应力开裂（ESCR）性能的影响，并提出改善PE 管材ESCR 性能的措施。 关键词：PE 管材；耐环境应力；开裂 由于PE管材具有质轻、管壁光滑、价格低、安装方便等特点，PE 与PVC 硬管相比，具有耐冲击、无毒、可盘绕，以及低温性、耐磨性、耐化学药品性等特点。因此PE 管材被广泛用于建筑用上下水管，农用排灌管、煤气管以及排污管，是一种有发展前途的管材。PE 管材的破坏大多数是由于管材在承受长期内压力情况下发生裂纹造成的，它直接影响着管材的使用寿命。无论PE 本身还是塑料管制作过程中引起的任何变化，都会通过管材ESCR 性能的改变反映出来。PE 管材在长期负荷作用下经过一定时间后会出现应力开裂现象，并会导致管材破裂。如用于上下水管，会引起漏水；用于燃气管，会引起漏气，后果严重，所以必须重视PE 管材ESCR 性能的提高。 1 聚乙烯（PE）管材的优点 1.1管材用PE 材料取得重大发展。随着研发力度的不断加大，新一代高强度管材专用PE 料不断涌现，不只使用PE63 等级PE 材料，并且出现了PE80级、PE100级产品，材料升级换代使PE 管各种应力显著提高。 1.2PE 管柔韧且可熔接。具有独特的柔韧性，物理力学性能较好，铺设时移动、弯曲和穿插很容易，有着新颖用途；直径小的PE 管可用长盘管方式供货。运输、安装十分方便，较大直径PE管一般可在地面上连接好后再铺入管沟，施工铺设方便，某些场合下可不挖管沟，而用顶管技术铺设PE 管；可用长管沉入法在江、湖、河、海水底铺设PE 管，也可在沙漠上不挖沟铺设PE 输水管；可用PE 管做内补管修复旧排水管。 1.3低温韧性比PVC 管好。在华北及西北地区，冬季气温一般在0～30℃。PVC管会变硬变脆，但PE 管即使温度低至－30℃，PE 管依然保持良好的柔韧性，不会变脆。 2 PE 管材组分对ESCR 性能的影响 2.1PE 树脂 1）分子量。一般认为PE 的分子量越大，分子链愈长，晶片间的系带分子数愈多，ESCR 性能愈好。因为PE 的分子量越大，表面能就越大，破裂强度也越大，所以ESCR 性能也就越好，这是因为其分子链的运动困难，不易生成大的球晶和形成好的序态。可见熔体流动速率越小，即分子量越大，其ESCR 性能越好。PE 熔体流动速率与ESCR 性能的关系见表。 2）分子量分布。分子量分布是影响ESCR 性能的一个重要因素，分子量分布直接反映了高聚物中大分子和小分子的含量。大分子的含量多，晶片间的连接分子数就多，ESCR性能愈好，而小分子的含量多对ESCR 性能是极为不利的。当分子量分布窄时，分子链长短较均匀，能生成均匀的微晶结构，低分子空隙区少，所以ESCR 性能好。 3）密度和结晶度。PE 密度越大，结晶度越高，晶片间的系带分子数愈少，将导致ESCR 性能下降。另一方面，结晶度愈高，晶粒间结合的密度大，环境介质不易渗透到无定形区而使系带分子不易解缠和松弛，有利于ESCR 性能的提高。 4）分子链结构。当PE 分子带有支链时能大大提高PE 的ESCR 性能。如在PE 主链上引入弹性链段，这些弹性链段使PE大分子链具有很好的弯曲性，阻碍球晶和好的序态形成，因此比均聚物的ESCR 性能好。HDPE 树脂生产过程中加入1-J 烯，使HDPE 带有支链，能大大提高HDPE的ESCR 性能。 2.2PE 组合物成分 在生产PE 管材中，为了提高冲击强度加入少量改性剂；为提高耐老化性能加入炭黑及抗氧剂；为了降低成本加入填料。这些助剂，也将对PE 制品的ESCR性能产生影响。 1）炭黑。纯PE 的老化性能和日光暴晒性能均较差，为改善PE 上述性能而要加入炭黑。试验表明，随着炭黑的加入，使PE 分子之间的结合减弱，从而在外力及环境介质的作用下易产生开裂。 2）抗氧剂。为防止PE 在高温加工和长期使用过程中由于氧的作用而引起降解、龟裂等，在PE 中加入抗氧剂，以捕捉PE 因受热作用而产生的自由基，以此来阻止PE分子链断裂、避免导致材料表面裂纹和产生开裂，从而提高PE 管材的ESCR 性能。一般ESCR 性能随着抗氧剂用量的增加而提高。 3）填充剂。加入填料，使PE 分子间作用力减弱，并且由于与PE 形成的界面不完善及类似大球晶的应力集中作用，致使PE 在外力及溶剂作用下，易产生龟裂。使用填充母料则影响小些。 3 PE 管成型工艺对ESCR 性能的影响 3.1挤出温度。PE 管材通常采用挤出成型。一般认为在挤出PE管材料时，挤出机温度不宜过高，尤其在挤出机螺杆转速低时，物料在机筒停留时间长，PE 易受破坏，生产出的管材ESCR 性能差[3]。HDPE 与LDPE 熔点不同，在挤出成型时温度控制也应不同。 3.2冷却速度。PE 管材成型时，冷却速度将影响到结晶状态，所以应严格控制。当冷却速度能快速越过最佳的结晶温度时，管材表面就形成结晶度较低的聚集态，而中间层和内表层则因PE 传热慢，致使在较高温度下停留时间长，而获得晶核数量及生长速度较为有利的结
金属材料的断裂认识
金属材料的断裂 金属在外加载荷的作用下，当应力达到材料的断裂强度时，发生断裂。断裂是裂纹发生和发展的过程。 1. 断裂的类型 根据断裂前金属材料产生塑性变形量的大小，可分为韧性断裂和脆性断裂。韧性断裂：断裂前产生较大的塑性变形，断口呈暗灰色的纤维状。脆性断裂：断裂前没有明显的塑性变形，断口平齐，呈光亮的结晶状。韧性断裂与脆性断裂过程的显著区别是裂纹扩散的情况不同。 韧性断裂和脆性断裂只是相对的概念，在实际载荷下，不同的材料都有可能发生脆性断裂；同一种材料又由于温度、应力、环境等条件的不同，会出现不同的断裂。 2. 断裂的方式 根据断裂面的取向可分为正断和切断。正断：断口的宏观断裂面与最大正应力方向垂直，一般为脆断，也可能韧断。切断：断口的宏观断裂面与最大正应力方向呈45°，为韧断。 3. 断裂的形式 裂纹扩散的途径可分为穿晶断裂和晶间断裂。穿晶断裂：裂纹穿过晶粒内部，韧断也可为脆断。晶间断裂：裂纹穿越晶粒本身，脆断。 4. 断口分析 断口分析是金属材料断裂失效分析的重要方法。记录了断裂产生原因，扩散的途径，扩散过程及影响裂纹扩散的各内外因素。所以通过断口分析可以找出断裂的原因及其影响因素，为改进构件设计、提高材料性能、改善制作工艺提供依据。断口分析可分为宏观断口分析和微观断口分析。 （1）宏观断口分析 断口三要素：纤维区，放射区，剪切唇。纤维区：呈暗灰色，无金属光泽，表面粗糙，呈纤维状，位于断口中心，是裂纹源。放射区：宏观特征是表面呈结晶状，有金属光泽，并具有放射状纹路，纹路的放射方向与裂纹扩散方向平行，而且这些纹路逆指向裂源。剪切唇：宏观特征是表面光滑，断面与外力呈45°，位于试样断口的边缘部位。 （2）微观断口分析（需要深入研究） 5. 脆性破坏事故分析 脆性断裂有以下特征： （1）脆断都是属于低应力破坏，其破坏应力往往远低于材料的屈服极限。（2）一般都发生在较低的温度，通常发生脆断时的材料的温度均在室温以下20℃。（3）脆断发生前，无预兆，开裂速度快，为音速的1/3。（4）发生脆断的裂纹源是构件中的应力集中处。
铝合金应力腐蚀开裂ASTM G139(中文翻译版)
用断裂负荷法测定热处理铝合金制品抗应力腐蚀开裂性的标准试验方法（等同采用ASTM G139-05(R2011)）（中文翻译版） 编制: 日期: 审核: 日期: 批准: 日期: 修订历史 修订序号对应的条号修订内容修改人批准人日期
1. 目的Purpose 本标准试验方法涵盖了通过断裂荷载试验方法评估抗应力腐蚀开裂（SCC）性的程序，该方法使用剩余强度作为损伤演化（在这种情况下为环境辅助开裂）的测量方法。包括试样类型和复制、试验环境、应力水平、暴露时间、最终强度测定和原始残余强度数据的统计分析。 2. 范围Scope 本标准试验方法适用于热处理铝合金，即2XXX合金和7XXX，含1.2%至3.0%铜，且试样的取向与晶粒结构相关，横向较短。然而，用于分析数据的残余强度测量和统计数据并非针对可热处理铝合金，可用于其他试样取向和不同类型的材料。 3. 职责Responsibility 程序执行：实验室授权制样人员 程序监督：实验室技术负责人及相关责任人 4. 原理Principle 4.1本试验方法描述了使用暴露于腐蚀环境后的残余强度评估热处理铝合金产品形式（如板材、板材、挤压件、锻件和棒材）的应力腐蚀开裂敏感性的程序。这些产品通常在板材的长横方向、板材、挤压件和锻件的短横方向以及棒材和棒材的横方向上最易发生应力腐蚀开裂。在本试验中，根据规程G49制备的拉伸钢筋或直接拉伸板试样暴露于3.5重量%的氯化钠水溶液（规程G44）中，在其失效前移除，并进行拉伸试验，以确定已发生的腐蚀损伤量。然后计算平均剩余强度，并使用Box-Cox变换对结果进行统计分析。 4.2该程序要求暴露无应力试样，用于排除点蚀、晶间腐蚀和一般腐蚀的影响。这些现象会降低残余强度，但不