材料力学性能第六章-金属的应力腐蚀和氢脆教程.pptx

第六章金属的应力腐蚀和氢脆断裂; 金属工件在加工过程中往往产生残余应力，在服役过程中又承受外加载荷，如果与周围环境中各种化学介质或氢相接触，便会产生特殊的断裂现象，其中主要有应力腐蚀断裂和氢脆断裂等，这些断裂形式大多为低应力脆断，具有很大的危险性。 本单元主要介绍应力腐蚀、氢脆和腐蚀疲劳产生的原因、断裂特征和影响因素等，介绍金属材料抵抗应力腐蚀、氢脆和疲劳腐蚀断裂的力学性能指标及防止其断裂的措施。; 第一次世界大战期间，用H70经过深冲成形的黄铜弹壳，在战场上出现了大量破裂现象。经研究表明，经冲压加工后，黄铜弹壳内存在残余内应力,在战场含氨气或二氧化硫等环境介质中,产生应力腐蚀破裂或季节裂纹（季裂）。这个问题可通过在240～260℃退火,消除残余应力来解决。;全髋关节植入物应力腐蚀;SCC在石油、化工、航空、原子能等行业中都受到广泛的重视，如发电厂中的汽轮机叶片、钢结构桥梁、输气输油管道、飞机零部件等，均有发生应力腐蚀的可能性。 1967年12月，美国西弗吉尼亚州和俄亥俄州之间的俄亥俄大桥突然倒塌，死46人。事故调查的结果就是因为应力＋大气中微量H2S导致钢梁产生应力腐蚀所致。 解放初期黄铜子弹壳开裂现象：原因是润滑用肥皂水中含微量铵离子。;一、应力腐蚀;钢丝应力腐蚀与通常拉应力断裂比较;二、应力腐蚀产生的条件;（2）产生应力腐蚀的介质一般都是特定的，也就是说，每种材料只对某些介质敏感，而这种介质对其它材料可能没有明显作用，例如，黄铜在氨气氛中、不锈钢在具有氯离子的腐蚀介质中容易发生应力腐蚀，但反应过来不锈钢对氨气、黄铜对氯离子就不敏感。 ;金属材料;（3）一般认为，纯金属不会产生应力腐蚀，所有合金对应力腐蚀都有不同程度的敏感性，合金也只有在拉伸应力与特定腐蚀介质联合作用下才会产生应力腐蚀断裂。 但在每—种合金系列中，都有对应力腐蚀敏感的合金成分。例如，铝镁合金中当镁的质量分数大于4％，对应力腐蚀很敏感；而镁的质量分数小于4％时，则无论热处理条件如何，它几乎都具有抗应力腐蚀的能力。;基本的是滑移-溶解理论（或称钝化模破坏理论）;应力腐蚀速度;应力腐蚀的裂纹多起源于表面蚀坑处，而裂纹的传播途径常垂直于拉力轴。 应力腐蚀的主裂纹扩展时常有分枝。但不要形成绝对化的概念，应力腐蚀裂纹并不总是分枝的。 应力腐蚀破坏的断口，其颜色灰暗，表面常有腐蚀产物（泥状花样），或腐蚀坑。而疲劳断口的表面，如果是新鲜断口常常较光滑，有光泽。 应力腐蚀引起的断裂可以是穿晶断裂，也可以是沿晶断裂。如果是穿晶断裂，其断口是解理或准解理的，其裂纹有似人字形或羽毛状的标记。 ;枯枝状;泥状花样;奥氏体不锈钢应力腐蚀断口; 1Cr18Ni9Ti钢应力腐蚀的解理断口(SEM) a) 解理断口 b) 扇形状或羽毛状的痕迹;1Cr18Ni9Ti：固溶处理 氯离子环境下应力腐蚀断口。用10%HCl水溶液浸蚀后，用扫描电镜观察断口。 断口上有许多正方形腐蚀坑，图中间区域三角形晶面上有三角形腐蚀坑。 图中的两种形状蚀坑说明开裂主要沿｛100｝晶面和｛111｝晶面。;五、应力腐蚀抗力指标;②预制裂纹，断裂力学K1 应力腐蚀断裂是一种与时间有关的延滞断裂;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，KISCC 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。是金属材料的一个力学性能指标。 ;六、应力腐蚀裂纹扩展速率;lg(da/dt)- K1 曲线; 测定金属材料的 值可用恒载荷或恒位移法。 其中以恒载荷的悬臂梁弯 曲试验法最常用。 如图6-7所示。 ;应力腐蚀造成的破坏，是脆性断裂，没有明显的塑性变形。 应力腐蚀的裂纹扩展速率较小，有点象疲劳，是渐进缓慢的，这种亚临界的扩展状况一直达到某一临界尺寸，使剩余下的断面不能承受外载时，就突然发生断裂。 ;应力腐蚀断裂速度为0.01～3mm/h，远远大于无应力存在下的局部腐蚀速度（如孔蚀等），但又比单纯力学断裂速度小得多。 例如，钢在海水中的SCC断裂速度为孔蚀的106倍，而比纯力学断裂速度几乎低10个数量级，这主要由于纯力学断裂通常对应的应力水平要高得多。;九、防止应力腐蚀的措施;氢脆(Hydrogen embrittlement —HE) 又称氢致开裂或氢损伤，是由于氢和应力的共同作用而导致金属材料产生塑性下降、断裂或损伤的现象。 从力学性能上看，氢脆有以下表现： 氢对金属材料的强度指标影响不大，但使断面收缩率严重下降，疲劳寿命明显缩短，冲击韧性值显著降低，在低于断裂强度的拉伸应力作用下，材料经过一段时期后会突然脆断。;在近代工业发