Determination of damage functions for the pitting of AISI type 403 blade alloy and ASTM A470/471 dis

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出版者:ProQuest / UMI
作者:Yancheng Zhang
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:2006-03-20
价格:USD 69.99
装帧:Paperback
isbn号码:9780542298394
丛书系列:
图书标签:
  • 腐蚀
  • 点蚀
  • AISI 403
  • ASTM A470
  • ASTM A471
  • 损伤函数
  • 材料科学
  • 航空材料
  • 金属材料
  • 失效分析
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具体描述

The prediction of pitting accumulation on turbine blades and disks is of particular importance to predict localized corrosion damages in low pressure (LP) steam turbines. Damage Function Analysis (DFA) and Deterministic Extreme Value Statistics (DEVS) have been employed to predict the pitting damage on AISI Type 403 stainless steel (SS) blade alloy and ASTM A470/471 disk steel in simulated LP steam turbine environments within the phase transition zone. The passivity properties of Type 403 SS and A470/471 steel in the passive regions, including defect type, defect concentration in the barrier film, barrier film thickness, and the steady-state current density, agree with the predictions of the Point Defect Model (PDM) for an n-type semiconductor. Optimization of the PDM based impedance model on the experimental electrochemical impedance data has yielded a set of parameter values that can be used to predict the barrier film growth on Type 403 SS in deaerated borate buffer solution (<italic> pH</italic> = 8.2) at ambient temperature. Experimental relationships between the breakdown potential and chloride activity, <italic>pH</italic>, temperature, and potential scan rate have demonstrated the applicability of the PDM for describing passivity breakdown on Type 403 SS and A470/471 steel. The obtained parameter values were used to calculate the breakdown potential, induction time, and their distributions, via the PDM, which represents the first quantitative characterization of the passivity breakdown behavior on Type 403 SS. Pitting damage functions for Type 403 SS have been experimentally determined for the first time. However, low pit density on A470/471 steel led to insufficient pit numbers on the 1.27 cm<super>2</super> surface for the effective determination of damage functions. DEVS has been demonstrated by predicting the average maximum pit depth for 750 hours from short-term (24 hours and 240 hours) maximum pit depth data on Type 403 SS in deaerated buffer solution with 0.10 M NaCl at an applied potential of 0.090 V<sub>SCE</sub> and on A470/471 steel in the solution with 0.028 M NaCl at 0.058 V<sub>SCE</sub>. To the author's knowledge, the work reported in this dissertation represents the first instance in which DEVS has been used to predict the accumulation of pitting damage on LP steam turbine alloys, thereby heralding a new era in the prediction of corrosion damage in these systems.

本书深入探讨了两种关键金属材料——AISI 403合金(常用于叶片制造)和ASTM A470/471合金(广泛应用于碟形盘件)——在腐蚀环境下发生点蚀(pitting corrosion)的机理及其量化模型。研究的核心在于建立描述点蚀损伤程度与环境因素、材料特性以及暴露时间之间关系的函数模型,即“损伤函数”。 研究背景与意义 点蚀是一种严重的局部腐蚀形式,其特点是在金属表面形成小而深的腐蚀坑。这种腐蚀具有高度的突发性和破坏性,即使在整体腐蚀程度不高的情况下,点蚀也可能导致材料突然失效,对航空发动机、涡轮机等关键设备的安全性构成重大威胁。AISI 403合金因其良好的强度、韧性和耐热性,常被用作涡轮叶片的核心材料,而ASTM A470/471合金则是重要的碟形盘件材料,两者在高温、高压、复杂化学成分的环境中工作,点蚀的风险尤为突出。 对这些关键材料的点蚀损伤进行精确预测和量化,对于保障设备运行的可靠性、延长其使用寿命、优化材料选择以及制定有效的防腐蚀策略至关重要。传统的腐蚀评估方法往往基于宏观的腐蚀速率,难以准确反映点蚀的局部性和加速性。因此,发展能够描述点蚀损伤演化过程的损伤函数,成为材料腐蚀研究领域的一项重要课题。 研究内容与方法 本书的研究方法涵盖了理论分析、实验模拟以及模型建立等多个层面。 1. 材料特性表征: 首先,对AISI 403叶片合金和ASTM A470/471碟形盘合金的微观组织、晶界特征、表面状态以及基本的力学性能进行了详细的表征。这为理解点蚀发生的微观机制奠定了基础,并为后续建立材料特异性的损伤函数提供了输入参数。 2. 模拟腐蚀环境的构建: 为了精确控制实验条件并模拟实际服役环境中可能遇到的腐蚀介质,研究人员构建了多种模拟腐蚀环境。这些环境可能包括特定浓度的氯离子溶液、硫化物溶液,以及不同pH值和温度的模拟工质。通过控制这些参数,研究人员能够系统地研究不同环境因素对点蚀发生和发展的影响。 3. 点蚀行为的实验观察与量化: 采用多种先进的实验技术,对两种合金在不同模拟腐蚀环境下的点蚀行为进行了详细的观测和量化。这可能包括: 电化学测试: 利用电化学阻抗谱(EIS)、动电位扫描(CPP)等技术,评估材料的腐蚀电位、腐蚀电流密度以及点蚀的发生和稳定电位。通过分析电化学参数的变化趋势,可以推断点蚀的发生倾向和速率。 表面形貌分析: 使用扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)等技术,对腐蚀后的试样表面进行高分辨率成像,直接观察点蚀坑的形貌、尺寸、分布以及生长过程。 截面分析: 通过金相显微镜和SEM等对点蚀坑进行截面分析,测量点蚀坑的深度、宽度以及内部结构,从而更精确地评估点蚀的损伤程度。 腐蚀产物分析: 利用X射线衍射(XRD)、能量色散X射线光谱(EDX)等技术,分析腐蚀产物的成分和结构,这有助于理解点蚀反应的化学过程。 4. 损伤函数的建立与验证: 基于实验数据,研究人员着手建立描述点蚀损伤的数学模型。这些损伤函数将可能包含以下关键变量: 时间(t): 腐蚀暴露时间是影响损伤积累的重要因素。 腐蚀介质参数(C): 如氯离子浓度、pH值、溶解氧含量、温度等,这些参数直接影响腐蚀速率和点蚀的触发。 材料特性参数(M): 如材料的化学成分、微观结构、表面粗糙度、钝化膜的稳定性等。 应力状态(σ): 在某些情况下,应力(尤其是残余应力或外加载荷)可能加速点蚀的发生和扩展(应力腐蚀开裂)。 损伤函数的形式可能为经验模型、半经验模型或基于机理的模型。例如,损伤函数可以被表述为点蚀坑的平均深度、最大深度、总腐蚀面积比例或损伤累积指数等。这些函数将通过拟合实验数据进行参数辨识,并利用独立的实验数据集进行验证,以评估模型的预测精度。 创新点与贡献 本书的创新点可能体现在: 材料特异性损伤模型: 针对AISI 403和ASTM A470/471这两种具体的关键材料,开发了专门的点蚀损伤函数,这比通用的腐蚀模型更具针对性和实用性。 多因素耦合效应的考虑: 损伤函数可能整合了时间、环境参数和材料特性等多方面因素的影响,能够更全面地描述点蚀的复杂演化过程。 实验与理论的紧密结合: 通过系统的实验研究为损伤函数的建立提供了坚实的数据基础,同时数学模型的建立也指导了实验设计的方向。 对实际工程应用的指导意义: 所建立的损伤函数可为工程师提供一种量化评估点蚀风险的工具,有助于在设计阶段预测材料寿命,在运行阶段进行状态监测和维护决策。 研究的潜在影响 本书的研究成果预计将对以下领域产生积极影响: 材料科学与工程: 丰富了对特定合金点蚀机理的理解,并为开发具有更高耐蚀性的新型合金提供了科学依据。 航空航天与能源工业: 为确保涡轮叶片和碟形盘等关键部件在严苛工况下的长期可靠性提供了理论支持和技术手段,有助于提升设备的安全性和经济性。 腐蚀防护与管理: 为制定更科学、更有效的防腐蚀策略,如选择合适的防护涂层、优化运行环境参数、制定定期检查计划等,提供了量化的数据支撑。 总而言之,本书通过严谨的科学研究,填补了在AISI 403和ASTM A470/471合金点蚀损伤量化模型方面的空白,为相关行业的技术进步和安全运行提供了宝贵的知识财富。

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用户评价

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这本书的厚重感仿佛能从书名中渗透出来,它散发着一种严谨的、近乎教科书般的学术气息。我推测,内容必然是建立在大量的实验数据和详尽的理论推导之上的,绝不是那种泛泛而谈的综述性文献。对于那些需要深入理解材料在特定工作环境下(可能是高温、高湿或特定化学介质中)的退化规律的研究人员来说,这本书简直就是一座宝库。特别是“损伤函数”这个概念,它意味着作者不仅描述了点蚀的现象,更试图将其数学化、可预测化。这需要对断裂力学、腐蚀动力学以及合金微观结构有极其深刻的理解。我特别期待看到章节中对不同应力水平或环境参数下,损伤累积速率是如何变化的讨论,这对于建立寿命预测模型至关重要。如果书中包含了大量的图表和拟合曲线,那无疑会大大增强其说服力,让原本抽象的材料失效过程变得具体可感。

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这本书的取向非常明确,目标用户是那些肩负着设备安全和长期可靠性责任的专业人士。它承诺要“确定”损伤函数,这暗示着作者可能已经完成了一项开创性的工作,即把过去可能依赖于经验判断的腐蚀损伤评估,提升到了一个基于量化模型的科学水平。这种对量化的执着,往往意味着书中充斥着大量的实验细节、参数调整和敏感性分析。我设想,读者在翻阅这本书时,可能正在为一台即将进行大修的燃气轮机寻找最保守或最准确的维修时间窗,而这本书提供的损伤模型,就是他们决策的基石。这种直接关联到实际运行安全和经济效益的著作,其分量是不可估量的,它代表着材料科学从基础研究向工程应用转化的关键一步。

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坦白说,光看书名,我就能想象出这本书的受众群体是多么的小众且专业。这绝不是咖啡桌上的装饰品,而是车间和实验室里被翻得油光锃亮的参考资料。它似乎聚焦于解决一个高度工程化的问题:如何量化由点蚀引起的强度损失,从而确保关键部件(如涡轮叶片和磁盘)的安全裕度。这种精确性要求作者必须对测试条件的控制有近乎苛刻的要求,例如模拟工况的温度、压力、介质纯度等都需要被细致地记录和分析。我猜测,书中关于“损伤函数”的构建过程,可能涉及复杂的非线性回归分析,试图找到一个能够跨越材料类型差异,或者至少能区分出这两种关键合金特性的通用描述框架。能在一本书中系统地解决两种重要合金的点蚀损伤评估问题,本身就体现了作者工作的广度和深度。

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这本书散发出的那种“硬核”气息,让人立刻联想到精密仪器的校准和高风险项目的质量控制。它不是在讨论“点蚀是什么”,而是在解决“点蚀会造成多大损失,我们该如何计算它”这一工程痛点。对于材料工程师而言,最关心的莫过于材料的性能衰减曲线,而这本书似乎正是试图提供这样一套经过验证的“衰减曲线”的数学模型。我个人非常好奇,作者在“确定”这些函数时,是否考虑了制造工艺对初始表面状态的影响?因为点蚀的萌生往往与表面粗糙度或残余应力密切相关。如果书中能有一部分内容探讨如何将制造过程中的变量纳入损伤函数的初始条件,那就太完美了。这本书的价值不在于普及知识,而在于提供解决特定工程难题的精确工具,是真正意义上的技术手册。

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这本书的标题着实让人感到一丝严肃和专业,光是“AISI 403”和“ASTM A470/471”这些代号就暗示了这是一部面向特定领域专家的深度技术著作。我猜想,对于那些在航空航天或者能源行业里与涡轮机械打交道的人来说,这本书无疑是案头的必备工具书。它似乎没有试图去吸引那些对材料科学一知半解的普通读者,而是直奔主题,专注于解决一个非常具体且关键的工程问题:点蚀损伤的量化评估。想象一下,在高速运转的涡轮叶片上,哪怕是微小的点蚀,都可能引发灾难性的后果,所以如何精确地“确定损伤函数”,这绝对是决定设备可靠性和寿命的核心技术。我非常好奇作者是如何构建他们的模型和实验方法的,尤其是在处理不同合金(403和A470/471)的复杂腐蚀机制差异时,他们采用了哪些先进的测试技术,比如电化学阻抗谱(EIS)或者更精密的表面分析手段。这本书的价值,恐怕就体现在其提供的定量数据和可操作的预测模型上,能让工程师们不再仅仅依赖经验,而是有坚实的科学依据来指导维修和材料选型。

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