Cảm ơn bạn đã truy cập Nature.com. Phiên bản trình duyệt bạn đang sử dụng có hỗ trợ hạn chế cho CSS. Để có trải nghiệm tốt nhất, chúng tôi khuyên bạn nên sử dụng trình duyệt đã cập nhật (hoặc tắt chế độ tương thích trong Internet Explorer). Trong thời gian chờ đợi, để đảm bảo hỗ trợ liên tục, chúng tôi sẽ hiển thị trang web mà không có kiểu dáng và JavaScript.
Thép 20MnTiB là vật liệu bu lông cường độ cao được sử dụng rộng rãi nhất cho cầu kết cấu thép ở nước tôi và hiệu suất của nó có ý nghĩa rất lớn đối với hoạt động an toàn của cầu. Dựa trên quá trình điều tra môi trường khí quyển ở Trùng Khánh, nghiên cứu này đã thiết kế một giải pháp ăn mòn mô phỏng khí hậu ẩm ướt của Trùng Khánh và tiến hành các thử nghiệm ăn mòn ứng suất đối với bu lông cường độ cao mô phỏng khí hậu ẩm ướt của Trùng Khánh. Tác động của nhiệt độ, giá trị pH và nồng độ dung dịch ăn mòn mô phỏng đến hành vi ăn mòn ứng suất của bu lông cường độ cao 20MnTiB đã được nghiên cứu.
Thép 20MnTiB là vật liệu bu lông cường độ cao được sử dụng rộng rãi nhất cho cầu kết cấu thép ở nước tôi và hiệu suất của nó có ý nghĩa rất lớn đối với hoạt động an toàn của cầu. Li et al. 1 đã thử nghiệm các tính chất của thép 20MnTiB thường được sử dụng trong bu lông cường độ cao cấp 10.9 trong phạm vi nhiệt độ cao từ 20 ~ 700 ℃ và thu được đường cong ứng suất-biến dạng, giới hạn chảy, độ bền kéo, mô đun Young và độ giãn dài. và hệ số giãn nở. Zhang et al. 2, Hu et al. 3, v.v., thông qua thử nghiệm thành phần hóa học, thử nghiệm tính chất cơ học, thử nghiệm cấu trúc vi mô, phân tích vĩ mô và vi mô của bề mặt ren và kết quả cho thấy lý do chính khiến bu lông cường độ cao bị gãy có liên quan đến khuyết tật ren và sự xuất hiện của khuyết tật ren Nồng độ ứng suất lớn, nồng độ ứng suất đầu vết nứt và điều kiện ăn mòn ngoài trời đều dẫn đến nứt ăn mòn ứng suất.
Bu lông cường độ cao cho cầu thép thường được sử dụng trong thời gian dài trong môi trường ẩm ướt. Các yếu tố như độ ẩm cao, nhiệt độ cao và sự lắng đọng và hấp thụ các chất có hại trong môi trường có thể dễ dàng gây ra sự ăn mòn của các kết cấu thép. Ăn mòn có thể gây ra mất tiết diện bu lông cường độ cao, dẫn đến nhiều khuyết tật và vết nứt. Và những khuyết tật và vết nứt này sẽ tiếp tục mở rộng, do đó làm giảm tuổi thọ của bu lông cường độ cao và thậm chí khiến chúng bị gãy. Cho đến nay, có nhiều nghiên cứu về tác động của sự ăn mòn môi trường đến hiệu suất ăn mòn ứng suất của vật liệu. Catar et al4 đã nghiên cứu hành vi ăn mòn ứng suất của hợp kim magiê có hàm lượng nhôm khác nhau trong môi trường axit, kiềm và trung tính bằng thử nghiệm tốc độ biến dạng chậm (SSRT). Abdel et al.5 đã nghiên cứu hành vi nứt ăn mòn điện hóa và ứng suất của hợp kim Cu10Ni trong dung dịch NaCl 3,5% khi có mặt các nồng độ ion sunfua khác nhau. Aghion et al.6 đã đánh giá hiệu suất ăn mòn của hợp kim magiê đúc khuôn MRI230D trong dung dịch NaCl 3,5% bằng thử nghiệm nhúng, thử nghiệm phun muối, điện thế động Phân tích phân cực và SSRT. Zhang et al.7 đã nghiên cứu hành vi ăn mòn ứng suất của thép martensitic 9Cr bằng SSRT và các kỹ thuật thử nghiệm điện hóa truyền thống, và thu được tác động của các ion clorua đến hành vi ăn mòn tĩnh của thép martensitic ở nhiệt độ phòng. Chen et al.8 đã nghiên cứu hành vi ăn mòn ứng suất và cơ chế nứt của thép X70 trong dung dịch bùn biển mô phỏng có chứa SRB ở các nhiệt độ khác nhau bằng SSRT. Liu et al.9 đã sử dụng SSRT để nghiên cứu tác động của nhiệt độ và tốc độ biến dạng kéo đến khả năng chống ăn mòn ứng suất trong nước biển của thép không gỉ austenit 00Cr21Ni14Mn5Mo2N. Kết quả cho thấy nhiệt độ trong khoảng 35~65℃ không có tác động đáng kể đến hành vi ăn mòn ứng suất của thép không gỉ. Lu et al. 10 đánh giá khả năng gãy chậm của các mẫu có các cấp độ bền kéo khác nhau bằng thử nghiệm gãy chậm tải trọng chết và SSRT. Người ta cho rằng độ bền kéo của thép 20MnTiB và bu lông cường độ cao thép 35VB nên được kiểm soát ở mức 1040-1190MPa. Tuy nhiên, hầu hết các nghiên cứu này về cơ bản sử dụng dung dịch NaCl 3,5% đơn giản để mô phỏng môi trường ăn mòn, trong khi môi trường sử dụng thực tế của bu lông cường độ cao phức tạp hơn và có nhiều yếu tố ảnh hưởng, chẳng hạn như giá trị pH của bu lông. Ananya et al. 11 nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số môi trường và vật liệu trong môi trường ăn mòn đến sự ăn mòn và nứt ăn mòn ứng suất của thép không gỉ hai pha. Sunada et al. 12 đã tiến hành thử nghiệm nứt ăn mòn ứng suất ở nhiệt độ phòng trên thép SUS304 trong dung dịch nước chứa H2SO4 (0-5,5 kmol/m-3) và NaCl (0-4,5 kmol/m-3). Tác động của H2SO4 và NaCl lên các loại ăn mòn của thép SUS304 cũng đã được nghiên cứu. Merwe và cộng sự13 đã sử dụng SSRT để nghiên cứu tác động của hướng cán, nhiệt độ, nồng độ CO2/CO, áp suất khí và thời gian ăn mòn lên khả năng ăn mòn ứng suất của thép bình chịu áp suất A516. Sử dụng dung dịch NS4 làm dung dịch mô phỏng nước ngầm, Ibrahim và cộng sự14 đã nghiên cứu tác động của các thông số môi trường như nồng độ ion bicarbonate (HCO), độ pH và nhiệt độ lên vết nứt ăn mòn ứng suất của thép đường ống API-X100 sau khi bóc lớp phủ. Shan và cộng sự 15 đã nghiên cứu định luật biến thiên của khả năng nứt ăn mòn ứng suất của thép không gỉ austenit 00Cr18Ni10 theo nhiệt độ trong các điều kiện nhiệt độ khác nhau (30 ~ 250℃) trong điều kiện môi trường nước đen trong nhà máy than-hydro mô phỏng bằng SSRT. Han và cộng sự. 16 đã mô tả khả năng giòn do hydro của các mẫu bu lông cường độ cao bằng cách sử dụng thử nghiệm gãy trễ tải trọng chết và SSRT. Zhao17 đã nghiên cứu ảnh hưởng của pH, SO42-, Cl-1 đến hành vi ăn mòn ứng suất của hợp kim GH4080A bằng SSRT. Kết quả cho thấy giá trị pH càng thấp thì khả năng chống ăn mòn ứng suất của hợp kim GH4080A càng kém. Nó có độ nhạy ăn mòn ứng suất rõ ràng với Cl-1 và không nhạy cảm với môi trường ion SO42- ở nhiệt độ phòng. Tuy nhiên, có rất ít nghiên cứu về ảnh hưởng của ăn mòn môi trường đến bu lông cường độ cao bằng thép 20MnTiB.
Để tìm ra lý do khiến bu lông cường độ cao được sử dụng trong cầu bị hỏng, tác giả đã tiến hành một loạt các nghiên cứu. Các mẫu bu lông cường độ cao đã được chọn và lý do khiến các mẫu này bị hỏng đã được thảo luận từ góc độ thành phần hóa học, hình thái vi mô gãy, cấu trúc kim loại và phân tích tính chất cơ học19, 20. Dựa trên quá trình điều tra môi trường khí quyển ở Trùng Khánh trong những năm gần đây, một sơ đồ ăn mòn mô phỏng khí hậu ẩm ướt của Trùng Khánh đã được thiết kế. Các thí nghiệm ăn mòn ứng suất, thí nghiệm ăn mòn điện hóa và thí nghiệm ăn mòn mỏi của bu lông cường độ cao trong khí hậu ẩm mô phỏng của Trùng Khánh đã được tiến hành. Trong nghiên cứu này, ảnh hưởng của nhiệt độ, giá trị pH và nồng độ của dung dịch ăn mòn mô phỏng đến hành vi ăn mòn ứng suất của bu lông cường độ cao 20MnTiB đã được nghiên cứu thông qua các thử nghiệm tính chất cơ học, phân tích vĩ mô và vi mô gãy và các sản phẩm ăn mòn bề mặt.
Trùng Khánh nằm ở phía tây nam Trung Quốc, thượng nguồn sông Dương Tử, có khí hậu gió mùa cận nhiệt đới ẩm. Nhiệt độ trung bình hàng năm là 16-18°C, độ ẩm tương đối trung bình hàng năm phần lớn là 70-80%, số giờ nắng hàng năm là 1000-1400 giờ và tỷ lệ nắng chỉ là 25-35%.
Theo báo cáo liên quan đến ánh nắng mặt trời và nhiệt độ môi trường xung quanh tại Trùng Khánh từ năm 2015 đến năm 2018, nhiệt độ trung bình hàng ngày tại Trùng Khánh thấp nhất là 17°C và cao nhất là 23°C. Nhiệt độ cao nhất trên thân cầu của cầu Triều Thiên Môn tại Trùng Khánh có thể lên tới 50°C °C21,22. Do đó, mức nhiệt độ cho thử nghiệm ăn mòn ứng suất được đặt ở mức 25°C và 50°C.
Giá trị pH của dung dịch ăn mòn mô phỏng quyết định trực tiếp lượng H+, nhưng không có nghĩa là giá trị pH càng thấp thì ăn mòn càng dễ xảy ra. Ảnh hưởng của pH đến kết quả sẽ khác nhau đối với các vật liệu và dung dịch khác nhau. Để nghiên cứu tốt hơn ảnh hưởng của dung dịch ăn mòn mô phỏng đến hiệu suất ăn mòn ứng suất của bu lông cường độ cao, giá trị pH của các thí nghiệm ăn mòn ứng suất đã được đặt thành 3,5, 5,5 và 7,5 kết hợp với nghiên cứu tài liệu23 và phạm vi pH của nước mưa hàng năm ở Trùng Khánh.2010 đến 2018.
Nồng độ dung dịch ăn mòn mô phỏng càng cao thì hàm lượng ion trong dung dịch ăn mòn mô phỏng càng nhiều và ảnh hưởng đến tính chất vật liệu càng lớn. Để nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ dung dịch ăn mòn mô phỏng đến ăn mòn ứng suất của bu lông cường độ cao, đã thực hiện thử nghiệm ăn mòn tăng tốc trong phòng thí nghiệm nhân tạo và nồng độ dung dịch ăn mòn mô phỏng được đặt ở mức 4 mà không có ăn mòn, đó là nồng độ dung dịch ăn mòn mô phỏng ban đầu (1×), 20 × nồng độ dung dịch ăn mòn mô phỏng ban đầu (20 ×) và 200 × nồng độ dung dịch ăn mòn mô phỏng ban đầu (200 ×).
Môi trường có nhiệt độ 25℃, giá trị pH là 5,5 và nồng độ của dung dịch ăn mòn mô phỏng ban đầu gần nhất với điều kiện sử dụng thực tế của bu lông cường độ cao cho cầu. Tuy nhiên, để đẩy nhanh quá trình thử nghiệm ăn mòn, các điều kiện thực nghiệm với nhiệt độ 25 °C, độ pH là 5,5 và nồng độ gấp 200 lần dung dịch ăn mòn mô phỏng ban đầu đã được đặt làm nhóm đối chứng tham chiếu. Khi các tác động của nhiệt độ, nồng độ hoặc giá trị pH của dung dịch ăn mòn mô phỏng đến hiệu suất ăn mòn ứng suất của bu lông cường độ cao được nghiên cứu tương ứng, các yếu tố khác vẫn không thay đổi, được sử dụng làm mức thực nghiệm của nhóm đối chứng tham chiếu.
Theo báo cáo tóm tắt chất lượng môi trường khí quyển 2010-2018 do Cục Sinh thái và Môi trường thành phố Trùng Khánh ban hành, tham khảo các thành phần kết tủa được báo cáo trong Zhang24 và các tài liệu khác được báo cáo tại Trùng Khánh, một giải pháp ăn mòn mô phỏng dựa trên việc tăng nồng độ SO42- đã được thiết kế. Thành phần của kết tủa tại khu vực đô thị chính của Trùng Khánh năm 2017. Thành phần của giải pháp ăn mòn mô phỏng được thể hiện trong Bảng 1:
Dung dịch mô phỏng ăn mòn được chuẩn bị bằng phương pháp cân bằng nồng độ ion hóa học sử dụng thuốc thử phân tích và nước cất. Giá trị pH của dung dịch mô phỏng ăn mòn được điều chỉnh bằng máy đo pH chính xác, dung dịch axit nitric và dung dịch natri hydroxit.
Để mô phỏng khí hậu ẩm ướt ở Trùng Khánh, máy thử phun muối đã được thiết kế và cải tiến đặc biệt25. Như thể hiện trong Hình 1, thiết bị thử nghiệm có hai hệ thống: hệ thống phun muối và hệ thống chiếu sáng. Hệ thống phun muối là chức năng chính của thiết bị thử nghiệm, bao gồm một bộ phận điều khiển, một bộ phận phun và một bộ phận cảm ứng. Chức năng của bộ phận phun là bơm sương muối vào buồng thử nghiệm thông qua máy nén khí. Bộ phận cảm ứng bao gồm các bộ phận đo nhiệt độ, cảm biến nhiệt độ trong buồng thử nghiệm. Bộ phận điều khiển bao gồm một máy vi tính, kết nối bộ phận phun và bộ phận cảm ứng để điều khiển toàn bộ quá trình thử nghiệm. Hệ thống chiếu sáng được lắp đặt trong buồng thử nghiệm phun muối để mô phỏng ánh sáng mặt trời. Hệ thống chiếu sáng bao gồm đèn hồng ngoại và bộ điều khiển thời gian. Đồng thời, một cảm biến nhiệt độ được lắp đặt trong buồng thử nghiệm phun muối để theo dõi nhiệt độ xung quanh mẫu theo thời gian thực.
Các mẫu ăn mòn ứng suất dưới tải trọng không đổi được xử lý theo NACETM0177-2005 (Thử nghiệm trong phòng thí nghiệm về nứt ứng suất sulfua và khả năng chống nứt ăn mòn ứng suất của kim loại trong môi trường H2S). Các mẫu ăn mòn ứng suất trước tiên được làm sạch bằng axeton và làm sạch cơ học siêu âm để loại bỏ cặn dầu, sau đó khử nước bằng cồn và sấy khô trong lò. Sau đó, đặt các mẫu sạch vào buồng thử của thiết bị thử phun muối để mô phỏng tình trạng ăn mòn trong môi trường khí hậu ẩm ướt của Trùng Khánh. Theo tiêu chuẩn NACETM0177-2005 và tiêu chuẩn thử nghiệm phun muối GB/T 10,125-2012, thời gian thử nghiệm ăn mòn ứng suất tải trọng không đổi trong nghiên cứu này được xác định thống nhất là 168 giờ. Các thử nghiệm kéo đã được thực hiện trên các mẫu ăn mòn trong các điều kiện ăn mòn khác nhau trên máy thử kéo vạn năng MTS-810 và các tính chất cơ học và hình thái ăn mòn gãy của chúng đã được phân tích.
Hình 1 cho thấy hình thái vĩ mô và vi mô của sự ăn mòn bề mặt của các mẫu ăn mòn ứng suất bu lông cường độ cao trong các điều kiện ăn mòn khác nhau.2 và 3 tương ứng.
Hình thái vĩ mô của mẫu ăn mòn ứng suất của bu lông cường độ cao 20MnTiB trong các môi trường ăn mòn mô phỏng khác nhau: (a) không ăn mòn; (b) 1 lần; (c) 20 ×; (d) 200 ×; (e) pH3,5; (f) pH 7,5; (g) 50°C.
Hình thái vi mô của sản phẩm ăn mòn của bu lông cường độ cao 20MnTiB trong các môi trường ăn mòn mô phỏng khác nhau (100 lần): (a) 1 lần; (b) 20 lần; (c) 200 lần; (d) pH3,5; (e) pH7,5; (f) 50°C.
Có thể thấy từ Hình 2a rằng bề mặt của mẫu bu lông cường độ cao chưa bị ăn mòn có độ bóng kim loại sáng mà không có hiện tượng ăn mòn rõ ràng. Tuy nhiên, trong điều kiện của dung dịch ăn mòn mô phỏng ban đầu (Hình 2b), bề mặt của mẫu được phủ một phần bằng các sản phẩm ăn mòn màu nâu rám nắng và nâu đỏ, và một số vùng trên bề mặt vẫn có độ bóng kim loại rõ ràng, cho thấy chỉ một số vùng trên bề mặt mẫu bị ăn mòn nhẹ và dung dịch ăn mòn mô phỏng không có tác dụng gì đến bề mặt mẫu. Tính chất vật liệu có ít tác động. Tuy nhiên, trong điều kiện nồng độ dung dịch ăn mòn mô phỏng ban đầu 20 lần (Hình 2c), bề mặt của mẫu bu lông cường độ cao đã được bao phủ hoàn toàn bởi một lượng lớn sản phẩm ăn mòn màu nâu rám nắng và một lượng nhỏ sản phẩm ăn mòn màu nâu đỏ, không thấy có ánh kim loại rõ ràng và có một lượng nhỏ sản phẩm ăn mòn màu nâu đen gần bề mặt của chất nền. Và trong điều kiện nồng độ dung dịch ăn mòn mô phỏng ban đầu 200 lần (Hình 2d), bề mặt của mẫu được bao phủ hoàn toàn bởi các sản phẩm ăn mòn màu nâu và các sản phẩm ăn mòn màu nâu đen xuất hiện ở một số khu vực.
Khi độ pH giảm xuống 3,5 (Hình 2e), các sản phẩm ăn mòn màu nâu xuất hiện nhiều nhất trên bề mặt mẫu và một số sản phẩm ăn mòn đã bị bong tróc.
Hình 2g cho thấy khi nhiệt độ tăng lên 50 °C, hàm lượng sản phẩm ăn mòn màu nâu đỏ trên bề mặt mẫu giảm mạnh, trong khi sản phẩm ăn mòn màu nâu sáng bao phủ bề mặt mẫu ở diện tích lớn. Lớp sản phẩm ăn mòn tương đối lỏng lẻo và một số sản phẩm màu nâu đen bị bong ra.
Như thể hiện trong Hình 3, trong các môi trường ăn mòn khác nhau, các sản phẩm ăn mòn trên bề mặt của các mẫu ăn mòn ứng suất bu lông cường độ cao 20MnTiB bị tách lớp rõ ràng và độ dày của lớp ăn mòn tăng lên khi nồng độ dung dịch ăn mòn mô phỏng tăng. Trong điều kiện dung dịch ăn mòn mô phỏng ban đầu (Hình 3a), các sản phẩm ăn mòn trên bề mặt mẫu có thể được chia thành hai lớp: lớp sản phẩm ăn mòn ngoài cùng phân bố đều, nhưng xuất hiện nhiều vết nứt; lớp bên trong là một cụm sản phẩm ăn mòn lỏng lẻo. Trong điều kiện nồng độ dung dịch ăn mòn mô phỏng ban đầu gấp 20 lần (Hình 3b), lớp ăn mòn trên bề mặt mẫu có thể được chia thành ba lớp: lớp ngoài cùng chủ yếu là các sản phẩm ăn mòn cụm phân tán, lỏng lẻo và xốp, không có hiệu suất bảo vệ tốt; Lớp giữa là lớp sản phẩm ăn mòn đồng đều, nhưng có các vết nứt rõ ràng và các ion ăn mòn có thể đi qua các vết nứt và xói mòn chất nền; lớp bên trong là lớp sản phẩm ăn mòn dày đặc không có vết nứt và lỗ rõ ràng, có tác dụng bảo vệ tốt đối với chất nền. Trong điều kiện nồng độ dung dịch ăn mòn mô phỏng ban đầu 200 lần (Hình 3c), lớp ăn mòn trên bề mặt mẫu có thể được chia thành ba lớp: lớp ngoài cùng là lớp sản phẩm ăn mòn mỏng và đồng đều; lớp giữa chủ yếu là lớp ăn mòn hình cánh hoa và hình vảy. Lớp bên trong là lớp sản phẩm ăn mòn dày đặc không có vết nứt và lỗ rõ ràng, có tác dụng bảo vệ tốt đối với chất nền.
Có thể thấy từ Hình 3d rằng trong môi trường ăn mòn mô phỏng ở pH 3,5, có một số lượng lớn các sản phẩm ăn mòn dạng bông hoặc dạng kim trên bề mặt của mẫu bu lông cường độ cao 20MnTiB. Người ta suy đoán rằng các sản phẩm ăn mòn này chủ yếu là γ-FeOOH và một lượng nhỏ α-FeOOH xen kẽ26, và lớp ăn mòn có các vết nứt rõ ràng.
Có thể thấy từ Hình 3f rằng khi nhiệt độ tăng lên 50 °C, không thấy lớp gỉ bên trong dày đặc rõ ràng nào trong cấu trúc lớp ăn mòn, cho thấy có khoảng cách giữa các lớp ăn mòn ở 50 °C, khiến cho chất nền không được bao phủ hoàn toàn bởi các sản phẩm ăn mòn. Cung cấp khả năng bảo vệ chống lại xu hướng ăn mòn chất nền tăng lên.
Tính chất cơ học của bu lông cường độ cao chịu ứng suất tải không đổi trong các môi trường ăn mòn khác nhau được thể hiện trong Bảng 2:
Có thể thấy từ Bảng 2 rằng các tính chất cơ học của các mẫu bu lông cường độ cao 20MnTiB vẫn đáp ứng các yêu cầu tiêu chuẩn sau thử nghiệm ăn mòn tăng tốc chu kỳ khô-ướt trong các môi trường ăn mòn mô phỏng khác nhau, nhưng có một số hư hỏng nhất định so với các mẫu không bị ăn mòn. mẫu. Ở nồng độ của dung dịch ăn mòn mô phỏng ban đầu, các tính chất cơ học của mẫu không thay đổi đáng kể, nhưng ở nồng độ 20× hoặc 200× của dung dịch mô phỏng, độ giãn dài của mẫu giảm đáng kể. Các tính chất cơ học tương tự nhau ở nồng độ 20× và 200× của dung dịch ăn mòn mô phỏng ban đầu. Khi giá trị pH của dung dịch ăn mòn mô phỏng giảm xuống 3,5, độ bền kéo và độ giãn dài của các mẫu giảm đáng kể. Khi nhiệt độ tăng lên 50°C, độ bền kéo và độ giãn dài giảm đáng kể và tốc độ co ngót diện tích rất gần với giá trị tiêu chuẩn.
Hình thái gãy của mẫu thử ăn mòn ứng suất bu lông cường độ cao 20MnTiB trong các môi trường ăn mòn khác nhau được thể hiện trong Hình 4, bao gồm hình thái vĩ mô của vết gãy, vùng sợi ở tâm vết gãy, mép hình thái vi mô của giao diện cắt và bề mặt của mẫu.
Hình thái gãy vỡ vĩ mô và vi mô của mẫu bu lông cường độ cao 20MnTiB trong các môi trường ăn mòn mô phỏng khác nhau (500 lần): (a) không ăn mòn; (b) 1 lần; (c) 20 lần; (d) 200 lần; (e) pH3,5; (f) pH7,5; (g) 50°C.
Có thể thấy từ Hình 4 rằng vết nứt của mẫu ăn mòn ứng suất bu lông cường độ cao 20MnTiB trong các môi trường ăn mòn mô phỏng khác nhau biểu hiện một vết nứt hình cốc-nón điển hình. So với mẫu không bị ăn mòn (Hình 4a), diện tích trung tâm của vết nứt vùng sợi tương đối nhỏ. , diện tích môi cắt lớn hơn. Điều này cho thấy các tính chất cơ học của vật liệu bị hư hỏng đáng kể sau khi bị ăn mòn. Khi nồng độ dung dịch ăn mòn mô phỏng tăng lên, các hố ở vùng sợi ở tâm vết nứt tăng lên và xuất hiện các đường rách rõ ràng. Khi nồng độ tăng lên gấp 20 lần so với dung dịch ăn mòn mô phỏng ban đầu, các hố ăn mòn rõ ràng xuất hiện ở giao diện giữa mép môi cắt và bề mặt mẫu và có rất nhiều sản phẩm ăn mòn trên bề mặt mẫu.
Từ Hình 3d suy ra rằng có các vết nứt rõ ràng trên lớp ăn mòn trên bề mặt mẫu, không có tác dụng bảo vệ tốt đối với ma trận. Trong dung dịch ăn mòn mô phỏng có độ pH 3,5 (Hình 4e), bề mặt mẫu bị ăn mòn nghiêm trọng và diện tích sợi trung tâm rõ ràng là nhỏ. Có một số lượng lớn các đường rách không đều ở tâm của vùng sợi. Khi giá trị pH của dung dịch ăn mòn mô phỏng tăng lên, vùng rách ở vùng sợi ở tâm vết nứt giảm dần, hố giảm dần và độ sâu của hố cũng giảm dần.
Khi nhiệt độ tăng lên 50 °C (Hình 4g), diện tích môi cắt của vết nứt mẫu là lớn nhất, các hố ở vùng sợi trung tâm tăng lên đáng kể, độ sâu của hố cũng tăng lên và giao diện giữa mép môi cắt và bề mặt mẫu tăng lên. Sản phẩm ăn mòn và hố tăng lên, điều này xác nhận xu hướng ăn mòn nền sâu hơn được phản ánh trong Hình 3f.
Giá trị pH của dung dịch ăn mòn sẽ gây ra một số thiệt hại cho các tính chất cơ học của bu lông cường độ cao 20MnTiB, nhưng tác động không đáng kể. Trong dung dịch ăn mòn có độ pH 3,5, một số lượng lớn các sản phẩm ăn mòn dạng bông hoặc dạng kim được phân bố trên bề mặt mẫu và lớp ăn mòn có các vết nứt rõ ràng, không thể tạo thành lớp bảo vệ tốt cho chất nền. Và có các hố ăn mòn rõ ràng và một số lượng lớn các sản phẩm ăn mòn trong hình thái vi mô của vết nứt mẫu. Điều này cho thấy khả năng chống biến dạng do ngoại lực của mẫu giảm đáng kể trong môi trường axit và mức độ xu hướng ăn mòn ứng suất của vật liệu tăng lên đáng kể.
Dung dịch ăn mòn mô phỏng ban đầu có ít tác động đến các tính chất cơ học của các mẫu bu lông cường độ cao, nhưng khi nồng độ dung dịch ăn mòn mô phỏng tăng lên gấp 20 lần dung dịch ăn mòn mô phỏng ban đầu, các tính chất cơ học của các mẫu bị hư hỏng đáng kể và có hiện tượng ăn mòn rõ ràng trong cấu trúc vi mô của vết nứt, rỗ, vết nứt thứ cấp và rất nhiều sản phẩm ăn mòn. Khi nồng độ dung dịch ăn mòn mô phỏng tăng từ 20 lần lên 200 lần nồng độ dung dịch ăn mòn mô phỏng ban đầu, tác động của nồng độ dung dịch ăn mòn đến các tính chất cơ học của vật liệu bị suy yếu.
Khi nhiệt độ ăn mòn mô phỏng là 25℃, giới hạn chảy và giới hạn kéo của mẫu bu lông cường độ cao 20MnTiB không thay đổi nhiều so với mẫu không bị ăn mòn. Tuy nhiên, ở nhiệt độ môi trường ăn mòn mô phỏng là 50 °C, độ bền kéo và độ giãn dài của mẫu giảm đáng kể, tốc độ co ngót tiết diện gần với giá trị tiêu chuẩn, mép cắt gãy là lớn nhất và có vết lõm ở vùng sợi trung tâm. Tăng đáng kể, độ sâu hố tăng, sản phẩm ăn mòn và hố ăn mòn tăng. Điều này cho thấy môi trường ăn mòn hiệp đồng nhiệt độ có ảnh hưởng lớn đến các tính chất cơ học của bu lông cường độ cao, điều này không rõ ràng ở nhiệt độ phòng, nhưng đáng kể hơn khi nhiệt độ đạt tới 50 °C.
Sau khi thử nghiệm ăn mòn tăng tốc trong nhà mô phỏng môi trường khí quyển tại Trùng Khánh, độ bền kéo, giới hạn chảy, độ giãn dài và các thông số khác của bu lông cường độ cao 20MnTiB đều giảm và xảy ra hư hỏng ứng suất rõ ràng. Vì vật liệu chịu ứng suất nên sẽ có hiện tượng tăng tốc ăn mòn cục bộ đáng kể. Và do tác động kết hợp của sự tập trung ứng suất và các hố ăn mòn nên dễ gây ra hư hỏng dẻo rõ ràng cho bu lông cường độ cao, làm giảm khả năng chống biến dạng do ngoại lực và tăng xu hướng ăn mòn ứng suất.
Li, G., Li, M., Yin, Y. & Jiang, S. Nghiên cứu thực nghiệm về tính chất của bu lông cường độ cao làm bằng thép 20MnTiB ở nhiệt độ cao. hàm. Kỹ thuật dân dụng. J. 34, 100–105 (2001).
Hu, J., Zou, D. & Yang, Q. Phân tích lỗi gãy của bu lông cường độ cao bằng thép 20MnTiB dùng cho đường ray. Xử lý nhiệt. Kim loại. 42, 185–188 (2017).
Catar, R. & Altun, H. Hành vi nứt ăn mòn ứng suất của hợp kim Mg-Al-Zn trong điều kiện pH khác nhau bằng phương pháp SSRT.Open.Chemical.17, 972–979 (2019).
Nazer, AA et al. Ảnh hưởng của glycine đến hành vi nứt ăn mòn điện hóa và ứng suất của hợp kim Cu10Ni trong nước muối bị ô nhiễm sulfide. Kỹ thuật công nghiệp. Hồ chứa hóa chất. 50, 8796–8802 (2011).
Aghion, E. & Lulu, N. Tính chất ăn mòn của hợp kim magiê đúc khuôn MRI230D trong dung dịch NaCl 3,5% bão hòa Mg(OH)2.alma mater.character.61, 1221–1226 (2010).
Zhang, Z., Hu, Z. & Preet, MS Ảnh hưởng của ion clorua đến hành vi ăn mòn tĩnh và ứng suất của thép martensitic 9Cr.surf.Technology.48, 298–304 (2019).
Chen, X., Ma, J., Li, X., Wu, M. & Song, B. Hiệu ứng hiệp đồng của SRB và nhiệt độ đối với nứt ăn mòn ứng suất của thép X70 trong dung dịch bùn biển nhân tạo. J. Chin. Đảng Xã hội chủ nghĩa. Coros. Pro.39, 477–484 (2019).
Liu, J., Zhang, Y. & Yang, S. Hành vi ăn mòn ứng suất của thép không gỉ 00Cr21Ni14Mn5Mo2N trong nước biển. Vật lý. Làm bài kiểm tra. Bài kiểm tra. 36, 1-5 (2018).
Lu, C. Nghiên cứu gãy chậm của bu lông cường độ cao cầu. Hàm. Trường học. Khoa học đường sắt. 2, 10369 (2019).
Ananya, B. Nứt do ăn mòn ứng suất của thép không gỉ duplex trong dung dịch kiềm. Luận án tiến sĩ, Atlanta, GA, Hoa Kỳ: Viện Công nghệ Georgia 137–8 (2008)
Sunada, S., Masanori, K., Kazuhiko, M. & Sugimoto, K. Ảnh hưởng của nồng độ H2SO4 và naci đến hiện tượng nứt ăn mòn ứng suất của thép không gỉ SUS304 trong dung dịch nước H2SO4-NaCl. alma mater.trans.47, 364–370 (2006).
Merwe, JWVD Ảnh hưởng của môi trường và vật liệu đến nứt ăn mòn ứng suất của thép trong dung dịch H2O/CO/CO2.Inter Milan.J. Koros.2012, 1-13 (2012).
Ibrahim, M. & Akram A. Ảnh hưởng của bicarbonate, nhiệt độ và độ pH đến quá trình thụ động hóa thép đường ống API-X100 trong dung dịch nước ngầm mô phỏng. Trong IPC 2014-33180.
Shan, G., Chi, L., Song, X., Huang, X. & Qu, D. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng nứt ăn mòn ứng suất của thép không gỉ austenit.coro.be đối lập với.Công nghệ.18, 42–44 (2018).
Han, S. Hành vi gãy chậm do hydro gây ra ở một số loại thép chốt cường độ cao (Đại học Khoa học và Công nghệ Côn Minh, 2014).
Zhao, B., Zhang, Q. & Zhang, M. Cơ chế ăn mòn ứng suất của hợp kim GH4080A dành cho ốc vít.cross.companion.Hey.treat.41, 102–110 (2020).