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1、第六章 金属的应力腐蚀和氢脆断裂,一、应力腐蚀断裂现象 应力腐蚀现象最先发现于黄铜零件中 一次大战中，冷冲子弹壳，开裂现象 含微量氨气的海风子弹壳开裂现象：润滑用肥皂水中含微量铵离子,第一节 应力腐蚀,又例：1967年12月美国俄亥俄桥突然塌陷，死46人，钢梁：应力大气中微量H2S。铆接锅炉爆炸：水中含少量NaOH，造成低碳钢的碱脆。飞机起落架断裂 低合金超高强度钢的氢脆 另：奥氏体不锈钢的氯脆 共性：应力与某种腐蚀介质共存应力腐蚀断裂,二、应力腐蚀断裂定义及产生条件 1 定义：材料在拉应力和特定的环境介质共同作用下，经过一段时间，所产生的低应力脆性断裂现象，称为应力腐蚀断裂。,危害：缓和的介
2、质较小的应力 导致应力腐蚀破坏的介质为不腐蚀或轻微腐蚀；导致应力腐蚀破坏的应力为极小应力,2 应力腐蚀的特征 造成应力腐蚀破坏的应力一般是拉应力；实质：压应力腐蚀破坏速度极小 只有特定的合金成分与特定的介质相组合才会造成应力腐蚀破坏表61；Al-Mg合金系：WMg4%时、亦为产生的条件,只有合金才产生应力腐蚀，纯金属极少。例如：a、氢氧化铵溶液中 纯铜无脆化现象 含0.004%P的铜脆化现象 b、硝酸盐中：纯铁无脆化，工业纯铁脆化,应力腐蚀断裂速度(104-101cm/h)远大于工业上正常纯腐蚀速度(105 cm/h),三、应力腐蚀断裂机理 1 钝化膜破坏机理：(1)拉应力引起滑移局部保护膜破
3、裂；,应力腐蚀断裂机理简图,(2)阳极反应蚀坑 M M+n+ne 裂纹产生(3)尖端产生应力集中，使阳极电位下降，溶解加速裂纹扩展,2 应力腐蚀断裂过程(1)孕育阶段：裂纹产生前(2)裂纹亚稳扩展阶段：裂纹缓慢扩展(3)裂纹失稳扩展阶段：最后的机械破坏,3 断口形貌(1)宏观形貌特征：与疲劳断口相似，裂纹起源于表面，有亚稳扩展区和最后瞬断区宏观上是脆性断裂。,(2)微观形貌特征:a、泥状花样及腐蚀坑 b、多为沿晶断裂，少量穿晶解理断裂；c、应力腐蚀的显微裂纹有分叉现象。,光滑试样的应力腐蚀的tf关系曲线,90%tf,缺点：t裂纹形成90%tf不能真实反映带裂纹试样,四、应力腐蚀力学性能指标 1
4、、不发生应力腐蚀的临界应力SCC 早期：光滑试样，(应力介质)环境下，测定-tf(不同应力水平-断裂时间)关系曲线,SCC,2、应力腐蚀临界应力场强度因子KISCC 采用预制裂纹的试样：裂纹应力应力场强度因子,某种钛合金预制裂纹试样的KItf曲线,不发生应力腐蚀的最大应力场强度因子 KISCC,引入：应力腐蚀临界应力场强度因子KISCC（1）定义：试样在特定化学介质中不发生应力腐蚀断裂的最大应力场强度因子，也称为应力腐蚀门槛值。（2）意义：表示含有宏观裂纹的材料在应力腐蚀条件下的断裂韧度。一定的材料与介质，KISCC值恒定。力学性能指标，,（3）断裂判据：裂纹尖端KI初始KIC时，立即断裂。断
5、裂判据 当KISCCKI初始KIC时，随KI初始，断裂时间。KI初始 KISCC 时，不断裂,（4）KISCC测定方法：预制裂纹试样化学介质，在恒定载荷(拉伸应力)下，测定发生断裂时间与初始应力场强度因子(KI初始)的关系;施加不同的载荷F，使裂纹前端产生不同大小的初始应力场强度因子KI,KI初始tf曲线。,五、预防应力腐蚀断裂的措施 1、消除或减少机件中的残余拉应力。（1）退火消除残余应力。（2）改变应力状态：采用喷丸、表面热处理表面压应力；构件结构的改进减小应力集中,2、改善介质条件：消除或减少助长应力腐蚀开裂的有害化学离子。离子交换法、添加缓冲剂等。3、合理选材：根据介质，避开敏感合金(
6、表61)4、采用电化学保护 外加电位，使偏离腐蚀电位,钝化膜破坏机理 阳极反应敏感型应力腐蚀 两极反应：阳极：FeFe2 2e 阴极：H+eH；2HH2,第二节 氢脆,原子态氢：溶入钢中会引起脆性,故：阴极反应是否引起脆性取决于溶入金属的原子态氢数量、扩散能力、基体受力状况等 阴极反应引起脆性时 阴极反应敏感型应力腐蚀,a 应力腐蚀断裂 b 氢致延滞断裂,一、氢脆概念 由于氢和应力的共同作用而导致金属材料产生脆性断裂的现象，称为氢脆断裂(氢脆)。,类型：氢蚀、白点(发裂)、氢化物致脆 氢致延滞断裂,氢脆类型及脆化机制,氢脆类型及脆化机制,二、氢致延滞断裂产生机理：当原子态氢结合成H2受阻时，原
7、子态H进入金属，氢在刃型位错处聚集，形成氢气团 拉应力下，位错运动 氢气团钉扎作用应变硬化 位错运动受阻 位错塞积，氢原子聚集产生应力集中产生裂纹扩展断裂氢脆。,三、氢致延滞断裂的特点(1)对应变速度敏感 变形速度愈慢，脆性发展愈明显；静载荷能够反映氢的影响，而标准拉伸试验速度下不呈现脆性。对应变速度的敏感性是氢脆区别于其它脆性的明显标志之一。提高应变速度可降低材料对氢脆敏感度,(2)对温度敏感 只在一定温度范围内出现。高强度钢：100150，尤室温敏感 氢脆区别于其它脆性的标志之二。(3)具可逆性 有氢脆的材料通过调整温度、脱氢或冲氢处理、应变速率的调整，可使氢脆现象消除或重现。但是已产生微裂纹的无法恢复,形变速率与温度的综合作用：形变速率，则出现氢脆的温度，这是由于温度才能使H的扩散速率跟上位错的运动速度，从而起到“钉扎”作用。氢脆对温度、应变速率敏感的原因,结束语当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的，所以不要放弃，坚持就是正确的。When You Do Your Best,Failure Is Great,So DonT Give Up,Stick To The End,感谢聆听不足之处请大家批评指导Please Criticize And Guide The Shortcomings,演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日,
