[发明专利]一种计算钝化的应力腐蚀裂纹尖端应力强度因子的方法

说明书

本发明公开了一种计算钝化的应力腐蚀裂纹尖端应力强度因子的方法，包括以下步骤：步骤1，在模拟的压水堆环境中对应力腐蚀试样进行慢拉伸试验；步骤2，将试样进行抛光处理，然后用王水腐蚀，之后将试样放入酒精中用超声清洗并烘干；步骤3，利用扫描电镜测量裂纹尖端半径，具体的首先在裂纹尖端寻找经过腐蚀产生的最大轮廊，然后在最大轮廊上取三个点来确定圆进而测量该圆的半径；步骤4，根据步骤3的测量结果，利用有限元分析软件ABAQUS获取钝化的应力腐蚀裂纹尖端的最大应力，得到σ_max；步骤5，将步骤4得到的σ_max代入(1)式，即得到钝化的应力腐蚀裂纹尖端的应力强度因子，进而判断应力腐蚀裂纹扩展的倾向，其中，式(1)为：

技术领域

本发明涉及应力腐蚀技术领域，特别是涉及一种计算钝化的应力腐蚀裂纹尖端应力强度因子的方法。

背景技术

奥氏体不锈钢和镍基合金具有良好的耐腐蚀性能和力学性能而被广泛应用于核电设备的结构材料，但是这些材料在轻水反应堆的高温水环境中发生的应力腐蚀开裂却成为影响核电站长期安全运行和寿命的关键问题之一。现己证明核电材料应力腐蚀是一种发生在十分靠近裂尖断裂过程区的力学作用下电化学行为，是裂尖腐蚀环境、材料和力学共同作用的结果，因此要预测出准确的应力腐蚀裂纹扩展速率有很大的难度。目前，材料环境致裂扩展速率与应力强度因子的关系是定量评价核电关键材料和结构环境致裂行为的重要依据，同时也被用作设计曲线对核电材料与结构进行安全评价。Ford and Andresen提出了预测奥氏体不锈钢在沸水反应堆中应力腐蚀裂纹扩展速率与裂纹尖端应力强度因子之间的关系式：da/dt_SCC＝7.8×10^-4p^3.6(4.1×10^-14K⁴)^p。其中，p＝0.7.可见影响应力腐蚀裂纹扩展速率的主要因素为裂纹尖端的应力强度因子。

腐蚀提高了空位产生、吸氢和局部溶解，从而改变了裂纹尖端的形态，导致裂纹尖端应力分布的变化。裂纹尖端有更大的应力集中，导致裂纹尖端有更高的腐蚀电位。与在惰性环境下裂纹扩展相比，随着金属原子从裂纹侧翼向裂纹尖端附近的氧化膜扩散，裂纹尖端半径不断增大。此外，在腐蚀过程中，微孔通过扩散吸附或进入裂纹尖端金属基体，使裂纹尖端疏松或不致密，也相当于增加了裂纹尖端半径。过高或过低估计材料和结构环境致裂扩展速率都将会带来巨大的经济损失或灾难性的安全问题。因此，为了精准预测奥氏体不锈钢应力腐蚀裂纹扩展速率，从力学角度给出应力腐蚀裂纹尖端应力强度因子的计算方法是很有必要的。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种计算钝化的应力腐蚀裂纹尖端应力强度因子的方法。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种计算钝化的应力腐蚀裂纹尖端应力强度因子的方法，包括以下步骤：

步骤1，在模拟的压水堆环境中对应力腐蚀试样进行慢拉伸试验；

步骤2，将步骤1得到的试样进行抛光处理，然后用王水腐蚀，之后将试样放入酒精中用超声清洗并烘干；

步骤3，利用扫描电镜测量裂纹尖端半径，具体的首先在裂纹尖端寻找经过腐蚀产生的最大轮廊，然后在最大轮廊上取三个点来确定圆进而测量该圆的半径；

步骤4，根据步骤3的测量结果，利用有限元分析软件ABAQUS获取钝化的应力腐蚀裂纹尖端的最大应力，建立裂纹尖端半径为R_tip的二维有限元模型，在裂纹两侧施加均匀的外加载荷，得到裂纹尖端应力分布，然后读出裂纹尖端应力最大单元的应力，得到σ_max；

步骤5，将步骤4得到的σ_max代入(1)式，即得到钝化的应力腐蚀裂纹尖端的应力强度因子，进而判断应力腐蚀裂纹扩展的倾向，其中，式(1)为：