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碳素波纹管破损失效的原因

发表时间:2018-06-12浏览次数:

      通过对破损碳素波纹管残余碎片观察,除了可以看到碳素波纹管爆裂时产生的贯穿于整个厚度的撕裂裂纹(穿晶型裂纹)外,表面上没有其它肉眼可见腐蚀性裂纹;大小碎片四周的断口表面颜色不一,附着物沉积程度不同;碳素波纹管原始断口的扫描电镜观察发现断口的微观形貌表现为沿晶特征。从宏观到微观观察分析,可以判定碳素波纹管破损属于高温沿晶脆性破裂。从HDPE在环境中发生高温失效的可能性分析,HDPE碳素波纹管在含氧、硫、碳等气氛下所发生的高温失效,一般由高温氧化、渗碳碳化、高温硫化或是其中的两者、三者共同作用的结果。
      1、渗碳碳化:渗碳碳化认为是在氧化条件下或是没有氧化过程的条件下发生的,主要是气体与金属反应的结果。在 78、784 及碳氢化合物等渗碳气氛下,含碳物质在HDPE表面发生吸附,形成碳原子;碳从金属表面向内部扩散,与基体金属作用形成富铬的碳化物。随着碳的不断吸附与扩散,从而使得渗碳层和基体金属的热物理性产生很大的差异,在热循环过程中导致裂纹的产生。从金相组织的分析结果看,没有发现渗碳层,也没有发现块状的碳化物在晶粒内部富集,虽然通过透射电镜观察到晶界上有碳化物的析出,但可能是由于HDPE长期在其敏化温度下使用而产生的。所以碳素波纹管爆裂不可能是由于渗碳碳化引起的。
碳素波纹管
      2、高温氧化:高温氧化一般发生在HDPE贫 Cr 部位,氧化所造成的高温失效是使基体晶粒逐层脱落,导致基体减薄,从金相分析、扫描电镜分析的结果看,断口部位的金属厚度并没有减薄;氧化同样也可发生在晶界富 Cr 相两侧的基体部位,由于晶界上有富 Cr 相析 在低温下经腐蚀的金相试样表现为晶界粗化,这与金相试验结果是相吻合的;从破损碳素波纹管的高温力学性能试验结果看,材料的屈服强度、抗拉强度值较高,这一方面说明了基体内有强化相析出,另方面说明并非所有的晶界都有弱化。所以碳素波纹管爆裂并非完全是由氧化引起的。
      3、高温硫化:高温硫化或HDPE吸硫同样发生在晶界富 Cr 相两侧部位,高温吸硫或硫化的微观结果是在晶界上形成 厚的硫化物或单质 ; 层,宏观结果是使HDPE变脆,特别是HDPE在高温时的伸长率大大降低。这与高温拉伸试验结果是相符的。另外从腐蚀产物分析,能谱分析证实了破损碳素波纹管内表面、断口及基体沿晶界面上都有 ; 元素富集。破损碳素波纹管断口表面上的硫高达 ,这可能是硫首先被吸附在碳素波纹管内表面基体的晶界上的结果,也可能是碳素波纹管爆破后烟气介质中所含的 。 元素在破损碳素波纹管内表面、断口及基体晶间界面普遍存在,且其含量是HDPE含量的十倍、百倍、甚至仟倍,表明它是使碳素波纹管开裂的重要因子。
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