宇航结构合金的腐蚀和应力腐蚀试验_航空航天

1

译者序

外层空间是人类共同的财富，探索外层空间是人类不懈的追求。我国政府已把发展航天事业作为国家整体发展战略的重要组成部分。近年来，我国航天事业发展迅速，在若干重要技术...

2

致　谢

我们非常感谢在本书的文献综述中帮助过我们的同事，感谢Gary Bray（Arconic，美国）；Luz Calle（NASA-KSC）；Annie Dash（N...

3

前　言

本书汇总了欧洲航天局在荷兰Noordwijk举办的腐蚀和应力腐蚀研讨班的讨论结果。这些讨论涉及航天器结构合金的鉴定和认证要求，特别是铝合金、现代（第三代）铝锂合...

4

1　介　绍

腐蚀和应力腐蚀开裂（Stress Corrosion Cracking，SCC）是宇航材料和航天器中非常重要和普遍存在的现象[1-6]。对于老化的飞行器的检查...

6

2　腐　蚀

...

7

2.1　航天器结构合金

航天器结构合金在环境中的腐蚀主要关注低合金钢、铝合金和（可能令人惊讶的是）不锈钢。镁合金也应引起注意，但是它们在航天器上被限制用于二级部件和受保护的部件[13]...

8

2.2　自然/室外环境的腐蚀

系统的户外腐蚀测试有着悠久的历史，可以追溯到1931年，曾在《大气中的金属腐蚀》（Metal Corrosion in the Atmosphere）一书进行了...

9

2.3　加速腐蚀试验标准

ASTM制定的加速腐蚀测试标准是最被广泛接受和最知名的加速腐蚀测试标准。这些标准会不定期进行更新。表1概述了与航空航天结构合金最相关的ASTM标准。其中一些标准...

10

3　应力腐蚀开裂

25年前，我们讨论组中的一员（RJHW）编写了关于高强度合金与航天器应力腐蚀开裂（Stress Corrosion Cracking，SCC）和持续载荷裂纹控制...

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3.1　应力腐蚀开裂试验标准和指南

美国材料试验协会（ASTM）制定了许多宇航级合金的SCC测试标准，NASA和ESA也有各自的指南和标准[50，51]。由于过去的经验，这些指南和标准特别严格[4...

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3.2　筛选标准

图2　针对SCC的裂纹控制流程概要图2提到了用于光滑和预裂试样测试试验的筛选标准。这不仅反映了20世纪80年代末期和早期在航天器设计、试验和鉴定中全面使用断裂...

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3.3　M SFC、NASA和ESA对抗应力腐蚀开裂特性的分类/分级

...

14

3.3.1　MSFC和NASA建立应力腐蚀开裂分类/分级的历史

MSFC文件522A和522B[64，65]指出，抗SCC特性的三级（H，M，L）分级系统基于在实验室、沿海和温和的工业环境中进行的试验以及构件服役获得的经验。...

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3.3.2　ESA建立SCC分类/分级的历史情况

ESA的ECSS-Q-ST-70-36C标准[63]明确列出将MSFC 522B[65]作为标准参考，并且SCC的分类/分级显然基于MSFC和NASA指南，但标...

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3.3.3　目前建立SCC分类/分级的步骤

标准流程：就像在3.3.1节和3.3.2节讨论的那样，自最初建立SCC分类/分级以来，NASA[50]和ESA[51]都或多或少地制定了将合金分级的“标准”试验...

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3.3.4　符合SCC分类/分级和范围的实际意义

由于实际或潜在暴露于盐水环境材料的SCC筛选标准采用了H、M、L三级分类/分级标准，因此该分类/分级具有重要的影响和要求。这些分级与MSFC和NASA指南[50...

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3.3.5　非H级材料的评估和批准

对MSFC，NASA和ESA分类/分级中未被列为具有高抗SCC特性（H）的材料的评估和批准分为两类：（1）具有或不具有H级涂层或镀层的M级和L级材料。（2）...

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3.4　航天器的SCC失效

表11总结了航天器SCC失效。材料数量有限：4种铝合金，2种不锈钢，2种高强度低合金钢，1种钛合金，1种镍基合金和1种铌铪合金。考虑到水溶液环境，该清单中材料...

20

4　环境恶劣程度：自然/室外环境与加速试验

如2.2节所述，肯尼迪航天中心（KSC）具备美国最恶劣的自然腐蚀环境[36-39]。表12对此进行了说明。表12　碳钢试样在不同位置的腐蚀速率肯尼迪航天中...

21

4.1　腐蚀情况：KSC室外试验和室内交替浸渍试验

图3中比较了2024-T851和2219-T87铝合金的KSC室外试验和干湿交替浸润腐蚀试验的结果。图4中对低合金钢D6AC进行了类似的比较。这两个数字都代表了...

22

4.2　SCC情况：沿海暴露和室内干湿交替浸润试验

图5和6比较了在75%σy的情况下铝合金2024-T851和2219-T87分别在KSC沿海暴露和室内干湿交替浸润试验得到的SCC结果。在KSC试验中两种合金的...

23

4.3　关于SCC试验的额外讨论

4.2节中关于干湿交替浸润试验过度保守的讨论并不会作为拒绝NASA[50]和ESA[51]关于SCC敏感性和分级所制定规范的依据。毕竟，3.5%NaCl溶液干湿...

24

4.4　关于试验和服务环境的额外讨论

如2.2节开头所述，系统的室外腐蚀测试具有悠久的历史，至少可以追溯到1931年。除1968年出版的《大气中的金属腐蚀》[26]外，ASTM还出版了两本关于同一主...

25

5　铝锂合金：腐蚀和SCC问题

作为主要的铝合金生产商，美国铝业（Alcoa）公司和康斯特利姆铝业（Constellium）公司认识到，腐蚀和应力腐蚀是新一代（第三代）铝锂（Al-Li）合金开...

26

5.1　铝锂合金的腐蚀性能问题

第三代铝锂合金在工业T8型回火条件下具有优良的耐腐蚀性和抗剥落腐蚀性[20，98，99，101-104]。因此，在比较铝锂合金和传统合金时，耐腐蚀性本身并不是一...

27

5.2　铝锂合金的SCC性能问题

Holroyd等人回顾了2014年第三代铝锂合金的SCC性能[45]。尽管当时可用的数据有限，但一些厚度在30 mm左右的合金试验结果显示，其短横向σSCCth...

28

6　不锈钢：腐蚀和SCC问题

不锈钢主要分为5类：奥氏体、铁素体、双相、马氏体和沉淀硬化（PH）。图9显示了这些不锈钢的主要元素（Cr，Ni）组成范围，但不包括具有较高Ni含量的超奥氏体合金...

29

6.1　不锈钢的腐蚀性能问题

众所周知，许多不锈钢并非真正意义上的不生锈，其可能存在多种类型的腐蚀。当前最重要的腐蚀类型包括点蚀、缝隙腐蚀和晶间腐蚀。如4.1节中所述，不锈钢对点蚀和缝隙腐蚀...

30

6.2　不锈钢的SCC性能问题

不锈钢的SCC性能问题通常与腐蚀问题相关（特别是对于奥氏体不锈钢），伴随着残余应力的共同作用，残余应力主要来自残余冷加工、焊接、热循环和组件装配（“装配”应力）...

《宇航结构合金的腐蚀和应力腐蚀试验》简介

译者序

致　谢

前　言

目录

1　介　绍

2　腐　蚀

2.1　航天器结构合金

2.2　自然/室外环境的腐蚀

2.3　加速腐蚀试验标准

3　应力腐蚀开裂

3.1　应力腐蚀开裂试验标准和指南

3.2　筛选标准

3.3　M SFC、NASA和ESA对抗应力腐蚀开裂特性的分类/分级

3.3.1　MSFC和NASA建立应力腐蚀开裂分类/分级的历史

3.3.2　ESA建立SCC分类/分级的历史情况

3.3.3　目前建立SCC分类/分级的步骤

3.3.4　符合SCC分类/分级和范围的实际意义

3.3.5　非H级材料的评估和批准

3.4　航天器的SCC失效

4　环境恶劣程度：自然/室外环境与加速试验

4.1　腐蚀情况：KSC室外试验和室内交替浸渍试验

4.2　SCC情况：沿海暴露和室内干湿交替浸润试验

4.3　关于SCC试验的额外讨论

4.4　关于试验和服务环境的额外讨论

5　铝锂合金：腐蚀和SCC问题

5.1　铝锂合金的腐蚀性能问题

5.2　铝锂合金的SCC性能问题

6　不锈钢：腐蚀和SCC问题

6.1　不锈钢的腐蚀性能问题

6.2　不锈钢的SCC性能问题

《宇航结构合金的腐蚀和应力腐蚀试验》简介

译者序

致 谢

前 言

目录

1 介 绍

2 腐 蚀

2.1 航天器结构合金

2.2 自然/室外环境的腐蚀

2.3 加速腐蚀试验标准

3 应力腐蚀开裂

3.1 应力腐蚀开裂试验标准和指南

3.2 筛选标准

3.3 M SFC、NASA和ESA对抗应力腐蚀开裂特性的分类/分级

3.3.1 MSFC和NASA建立应力腐蚀开裂分类/分级的历史

3.3.2 ESA建立SCC分类/分级的历史情况

3.3.3 目前建立SCC分类/分级的步骤

3.3.4 符合SCC分类/分级和范围的实际意义

3.3.5 非H级材料的评估和批准

3.4 航天器的SCC失效

4 环境恶劣程度：自然/室外环境与加速试验

4.1 腐蚀情况：KSC室外试验和室内交替浸渍试验

4.2 SCC情况：沿海暴露和室内干湿交替浸润试验

4.3 关于SCC试验的额外讨论

4.4 关于试验和服务环境的额外讨论

5 铝锂合金：腐蚀和SCC问题

5.1 铝锂合金的腐蚀性能问题

5.2 铝锂合金的SCC性能问题

6 不锈钢：腐蚀和SCC问题

6.1 不锈钢的腐蚀性能问题

6.2 不锈钢的SCC性能问题

致　谢

前　言

1　介　绍

2　腐　蚀

2.1　航天器结构合金

2.2　自然/室外环境的腐蚀

2.3　加速腐蚀试验标准

3　应力腐蚀开裂

3.1　应力腐蚀开裂试验标准和指南

3.2　筛选标准

3.3　M SFC、NASA和ESA对抗应力腐蚀开裂特性的分类/分级

3.3.1　MSFC和NASA建立应力腐蚀开裂分类/分级的历史

3.3.2　ESA建立SCC分类/分级的历史情况

3.3.3　目前建立SCC分类/分级的步骤

3.3.4　符合SCC分类/分级和范围的实际意义

3.3.5　非H级材料的评估和批准

3.4　航天器的SCC失效

4　环境恶劣程度：自然/室外环境与加速试验

4.1　腐蚀情况：KSC室外试验和室内交替浸渍试验

4.2　SCC情况：沿海暴露和室内干湿交替浸润试验

4.3　关于SCC试验的额外讨论

4.4　关于试验和服务环境的额外讨论

5　铝锂合金：腐蚀和SCC问题

5.1　铝锂合金的腐蚀性能问题

5.2　铝锂合金的SCC性能问题

6　不锈钢：腐蚀和SCC问题

6.1　不锈钢的腐蚀性能问题

6.2　不锈钢的SCC性能问题