第八章 材料在环境介质作用下的断裂

1、 实际金属构件或零件在服役过程中，经常要与周实际金属构件或零件在服役过程中，经常要与周 围环境中的各种介质相接触。环境介质对金属材料力学围环境中的各种介质相接触。环境介质对金属材料力学 性能的影响，称为环境效应。由于环境效应的作用，金性能的影响，称为环境效应。由于环境效应的作用，金 属所承受的应力即使低于材料的屈服强度，也会发生突属所承受的应力即使低于材料的屈服强度，也会发生突 然的脆性断裂，这种现象称为环境断裂。然的脆性断裂，这种现象称为环境断裂。 环境断裂通常包括：环境断裂通常包括： 应力腐蚀断裂应力腐蚀断裂（SCC-Stress corrosion cracking） 氢脆氢脆（HE-H

2、ydrogen embrittlement） 腐蚀疲劳腐蚀疲劳（CF-Corrosion fatigue） 液态金属脆化液态金属脆化（LME-Liquiemetal embrittlement） 辐射脆化辐射脆化（IE-Irradiation embrittlement） 8.1 8.1 应力腐蚀断裂应力腐蚀断裂 8.2 8.2 氢脆氢脆 8.3 8.3 腐蚀疲劳腐蚀疲劳 8.4 8.4 液态金属脆化液态金属脆化 8.1 8.1 应力腐蚀断裂应力腐蚀断裂 8.1.1 8.1.1 应力腐蚀断裂的特征应力腐蚀断裂的特征 8.1.2 8.1.2 应力腐蚀的机理应力腐蚀的机理 8.1.3 8.1.3

3、应力腐蚀断口特征应力腐蚀断口特征 8.1.1 8.1.1 应力腐蚀断裂的特征应力腐蚀断裂的特征 w 应力腐蚀断裂应力腐蚀断裂- -材料或零件在应力和腐蚀环境的材料或零件在应力和腐蚀环境的 共同作用下引起的断裂。共同作用下引起的断裂。 w 应力腐蚀断裂是应力和腐蚀共同作用的结果，这应力腐蚀断裂是应力和腐蚀共同作用的结果，这 种共同作用可以互相促进，加速材料损伤，加快裂纹种共同作用可以互相促进，加速材料损伤，加快裂纹 早期形成及扩展，若单独考虑应力的影响时，发现产早期形成及扩展，若单独考虑应力的影响时，发现产 生腐蚀断裂的应力是很小的，如果不是由于环境效应生腐蚀断裂的应力是很小的，如果不是由于环境

4、效应 的作用，这样小的应力是绝对安全的。的作用，这样小的应力是绝对安全的。 w 应力腐蚀的危险性正在于它常发生在相当缓和的应力腐蚀的危险性正在于它常发生在相当缓和的 介质和不大的应力状态下，故常常被忽视，导致意外介质和不大的应力状态下，故常常被忽视，导致意外 事故的不断发生。据美国事故的不断发生。据美国ASTMASTM统计，美国仅应力腐蚀统计，美国仅应力腐蚀 开裂造成的损失每年竟超过开裂造成的损失每年竟超过30003000万美元。万美元。 应力腐蚀断裂主要有以下特点：应力腐蚀断裂主要有以下特点： (1) (1) 应力腐蚀断裂是脆性断裂，断口应力腐蚀断裂是脆性断裂，断口 平齐并与主应力垂直。断裂

5、前没有明显的平齐并与主应力垂直。断裂前没有明显的 塑性变形，断口形状呈颗粒状。塑性变形，断口形状呈颗粒状。 (2) (2) 造成应力腐蚀断裂的是静应力，造成应力腐蚀断裂的是静应力， 远低于材料的屈服强度，而且一般是拉伸远低于材料的屈服强度，而且一般是拉伸 应力（近年来，也发现在不锈钢在可以由应力（近年来，也发现在不锈钢在可以由 压应力引起）。这种拉应力可以是外加应压应力引起）。这种拉应力可以是外加应 力，也可能是残余应力。焊接、冷加工产力，也可能是残余应力。焊接、冷加工产 生的残余应力和组织变化很容易成为应力生的残余应力和组织变化很容易成为应力 腐蚀的原因。腐蚀的原因。 (3) (3) 应力腐

6、蚀的环境是特定的，各种介应力腐蚀的环境是特定的，各种介 质只对特定材料敏感。质只对特定材料敏感。 例如例如：黄铜只有在氨溶液中才会腐蚀黄铜只有在氨溶液中才会腐蚀 破坏，而破坏，而黄铜在水中就能破裂；面新立方黄铜在水中就能破裂；面新立方 的奥氏体不锈钢在氯化物溶液中，容易破裂，的奥氏体不锈钢在氯化物溶液中，容易破裂， 通常称通常称“氯脆氯脆”，而体心立方的铁素体不锈，而体心立方的铁素体不锈 钢对此却不敏感；低碳钢和低合金钢在苛性钢对此却不敏感；低碳钢和低合金钢在苛性 碱溶液中的碱溶液中的“碱脆碱脆”和在含有硝酸根离子介和在含有硝酸根离子介 质中的质中的“硝脆硝脆”；铜合金在氨气环境下的；铜合金在

7、氨气环境下的 “氨脆氨脆”等等。等等。 常用金属材料产生应力腐蚀的某些环境见常用金属材料产生应力腐蚀的某些环境见 表表8-18-1。 (4)(4) 应力腐蚀裂纹常产生大量分叉应力腐蚀裂纹常产生大量分叉 ( (如图如图) )，并在大致垂直于影响它们产生及，并在大致垂直于影响它们产生及 扩展的应力方向上连续扩展，扩展路径可扩展的应力方向上连续扩展，扩展路径可 以是穿晶的，但多数是沿晶的。如为穿晶以是穿晶的，但多数是沿晶的。如为穿晶 断裂，其断口是解理或准解理的其裂纹有断裂，其断口是解理或准解理的其裂纹有 似人字纹或羽毛状的标记。似人字纹或羽毛状的标记。 (5) (5) 应力腐蚀的裂纹扩展速率一般在

8、应力腐蚀的裂纹扩展速率一般在 10-910-6m/s10-910-6m/s，是渐进缓慢的，当这种亚，是渐进缓慢的，当这种亚 临界的裂纹扩展达到某一临界尺寸后，随临界的裂纹扩展达到某一临界尺寸后，随 之发生断裂。之发生断裂。 (6) 应力腐蚀的裂纹多起源于表面蚀坑应力腐蚀的裂纹多起源于表面蚀坑 处，而裂纹的传播途径通常垂直于拉力轴。处，而裂纹的传播途径通常垂直于拉力轴。 (7) 应力腐蚀是一种局部腐蚀，而且腐应力腐蚀是一种局部腐蚀，而且腐 蚀裂纹常常被腐蚀产物所覆盖，从外表很难蚀裂纹常常被腐蚀产物所覆盖，从外表很难 观察到。观察到。 (8) 纯金属不产生应力腐蚀，杂质含量、纯金属不产生应力腐蚀，

9、杂质含量、 合金元素含量对应力腐蚀有重要影响。合金元素含量对应力腐蚀有重要影响。 (9) 阴极保护对于阻止应力腐蚀开裂及阴极保护对于阻止应力腐蚀开裂及 终止裂纹扩展有显著效果。终止裂纹扩展有显著效果。 表表8-1 8-1 金属材料产生应力腐蚀的某些环境金属材料产生应力腐蚀的某些环境 w 材料 环境介质 碳钢和低合金钢 不锈钢 高强度钢 镍基合金 铝合金 铜合金 镁合金 钛合金 蒙乃尔 氢氧化钠溶液，硝酸盐溶液，酸性硫化氢溶液， 海水，海洋性或工业性气氛 酸性氧化物溶液，氯化钠-过氧化氢溶液，硫化氢，海水， 氢氧化钠-硫化氢溶液 雨水，海水，硫化氢溶液，氯化钠水溶液 热浓氢氧化钠溶液，氟化氢蒸汽

10、和溶液 氯化钠-过氧化氢溶液，氯化钠水溶液，水蒸气，海水 氨蒸汽和溶液，含氨离子的水溶液 氯化钠-铬酸钾溶液 海水，甲醇，盐溶液 氢氟酸，氟硅酸 上述的应力腐蚀断裂特征，可以帮助我们识别断裂事 故是否属于应力腐蚀，但一定要综合考虑，不能只根据某 一点特征，便简单的下结论。 8.1.28.1.2应力腐蚀的机理应力腐蚀的机理 应力腐蚀断裂过程也包括裂纹形成和发展，可分应力腐蚀断裂过程也包括裂纹形成和发展，可分 为以下三阶段：为以下三阶段： w 孕育阶段孕育阶段：这是裂纹产生前的一段时间，在此期：这是裂纹产生前的一段时间，在此期 间主要是形成蚀坑，以作为裂纹核心，当机件表面存间主要是形成蚀坑，以作为

11、裂纹核心，当机件表面存 在可作为应力腐蚀裂纹的缺陷时（如晶界、孪晶界、在可作为应力腐蚀裂纹的缺陷时（如晶界、孪晶界、 夹杂等），则没有孕育期，只有裂纹扩展期，夹杂等），则没有孕育期，只有裂纹扩展期， w 裂纹亚稳扩展阶段裂纹亚稳扩展阶段：在应力和环境介质共同作用：在应力和环境介质共同作用 下，裂纹慢速扩展。下，裂纹慢速扩展。 w 裂纹失稳扩展阶段裂纹失稳扩展阶段：裂纹达到临界尺寸后产生的：裂纹达到临界尺寸后产生的 机械性断裂。机械性断裂。 关于在应力和环境介质共同作用下裂纹的形成和关于在应力和环境介质共同作用下裂纹的形成和 扩展问题，有多种理论扩展问题，有多种理论 迄今较公认的有阳极溶解作为断

12、裂的控制迄今较公认的有阳极溶解作为断裂的控制 过程的阳极溶解机理和阴极吸氢为控制过程的过程的阳极溶解机理和阴极吸氢为控制过程的 氢脆机理（氢脆机理将在后面讨论），这里需氢脆机理（氢脆机理将在后面讨论），这里需 要注意应力腐蚀开裂（要注意应力腐蚀开裂（SCCSCC）和氢致开裂（）和氢致开裂（HICHIC） 之间的关系。从逻辑上讲，它们之间是之间的关系。从逻辑上讲，它们之间是“交叉交叉” 的即它们的一部分内容是重合的。若的即它们的一部分内容是重合的。若SCCSCC主要由主要由 腐蚀的阴极过程释氢引起的，则这种腐蚀的阴极过程释氢引起的，则这种SCCSCC也是也是 HICHIC；若；若SCCSCC主要

13、由阳极溶解过程引起的，则这主要由阳极溶解过程引起的，则这 种种SCCSCC不是不是HICHIC。 一般情况下一般情况下，可采用外加电位的阴极极化，可采用外加电位的阴极极化 的方法来判别的方法来判别SCCSCC机理，即如果加速断裂，则属机理，即如果加速断裂，则属 于于HICHIC机制；若减慢或抑制，则属于阳极溶解机机制；若减慢或抑制，则属于阳极溶解机 制。制。 w 使阳极电位下降，加速阳极金属的溶解，裂使阳极电位下降，加速阳极金属的溶解，裂 纹将逐步向纵深发展，如图纹将逐步向纵深发展，如图7-27-2所示，上述阳极所示，上述阳极 溶解机理实际上经历了滑移溶解机理实际上经历了滑移- -膜破膜破-

14、-阳极溶解阳极溶解- -再再 钝化四个过程。钝化四个过程。 w 应力腐蚀断裂若是穿晶型的，则保护膜的破应力腐蚀断裂若是穿晶型的，则保护膜的破 裂是由于在应力作用下局部微区产生滑移台阶所裂是由于在应力作用下局部微区产生滑移台阶所 造成的，若为沿晶型，则因晶间产生偏析或晶间造成的，若为沿晶型，则因晶间产生偏析或晶间 有连续相析出，而在表面突出的单个晶粒形成的有连续相析出，而在表面突出的单个晶粒形成的 台阶，使表面保护膜破裂，最后导致应力腐蚀断台阶，使表面保护膜破裂，最后导致应力腐蚀断 裂。裂。 w 例如例如：马氏体不锈钢的应力腐蚀裂纹主要是：马氏体不锈钢的应力腐蚀裂纹主要是 沿晶扩展，但在沿晶扩展

15、，但在455455以下回火时，则又是穿晶以下回火时，则又是穿晶 的。的。 8.1.3 8.1.3 应力腐蚀断口特征应力腐蚀断口特征 应力腐蚀断口的宏观形貌特征与疲劳断应力腐蚀断口的宏观形貌特征与疲劳断 口颇为相似，也存在三个区：口颇为相似，也存在三个区： 断裂源区断裂源区。一般由局部腐蚀或其它类型。一般由局部腐蚀或其它类型 的裂纹引起，如点腐蚀、裂隙腐蚀等。这些的裂纹引起，如点腐蚀、裂隙腐蚀等。这些 源裂纹可以是焊接裂纹，疲劳裂纹，热处理源裂纹可以是焊接裂纹，疲劳裂纹，热处理 裂纹等。裂纹等。 应力腐蚀微裂纹源于表面，并呈不连续应力腐蚀微裂纹源于表面，并呈不连续 状，裂纹具有分叉较多，较尖锐（

16、呈树枝状）状，裂纹具有分叉较多，较尖锐（呈树枝状） 的特征。的特征。 应力腐蚀裂纹的亚稳扩展区应力腐蚀裂纹的亚稳扩展区。这是。这是 应力腐蚀裂纹缓慢扩展的过程，这一过应力腐蚀裂纹缓慢扩展的过程，这一过 程是材料的组织与应力及环境介质相互程是材料的组织与应力及环境介质相互 作用的过程，从宏观上看这个过程的特作用的过程，从宏观上看这个过程的特 征是呈脆性的，即使是具有高塑性的征是呈脆性的，即使是具有高塑性的Cr-Cr- NiNi系奥氏体不锈钢。系奥氏体不锈钢。 由于裂纹是沿着材料的某一结晶学由于裂纹是沿着材料的某一结晶学 方向（如解理面），故常呈黑色或灰黑方向（如解理面），故常呈黑色或灰黑 色，而

17、这些腐蚀产物在以后的断裂事故色，而这些腐蚀产物在以后的断裂事故 分析中是相当重要的。分析中是相当重要的。 最后瞬断区最后瞬断区。是快速拉断区或撕裂区，。是快速拉断区或撕裂区， 显示出基体材料的性质。显示出基体材料的性质。 应力腐蚀的显微裂纹有分叉现象，说明应力腐蚀的显微裂纹有分叉现象，说明 在应力腐蚀时，有一主裂纹扩展较快，其它在应力腐蚀时，有一主裂纹扩展较快，其它 分支裂纹扩展较慢。依据这一特征可以将应分支裂纹扩展较慢。依据这一特征可以将应 力腐蚀与应力疲劳、晶间腐蚀以及其它形式力腐蚀与应力疲劳、晶间腐蚀以及其它形式 的断裂区分开来。的断裂区分开来。 应力腐蚀断口的微观形貌有着非常显著应力腐

18、蚀断口的微观形貌有着非常显著 的特征：的特征： 腐蚀坑、腐蚀产物及泥纹花样。泥纹花腐蚀坑、腐蚀产物及泥纹花样。泥纹花 样是平坦面上分布直线状的裂纹（如河底干样是平坦面上分布直线状的裂纹（如河底干 涸状），这是一种腐蚀产物所形成的覆盖物。涸状），这是一种腐蚀产物所形成的覆盖物。 在穿晶断裂时，电镜下看到的断口为在穿晶断裂时，电镜下看到的断口为 平坦的凹槽（深度大于宽度）、扇形花样、平坦的凹槽（深度大于宽度）、扇形花样、 台阶及河流花样。台阶及河流花样。 凹槽区是由于应力和腐蚀介质共同作凹槽区是由于应力和腐蚀介质共同作 用的结果，扇形花样和台阶是由于不同平用的结果，扇形花样和台阶是由于不同平 面上

19、的应力腐蚀裂纹连接的结果，只是因面上的应力腐蚀裂纹连接的结果，只是因 为观察的方向不同呈现出不同的断口花纹。为观察的方向不同呈现出不同的断口花纹。 应力腐蚀的断口特征比较复杂。它与应力腐蚀的断口特征比较复杂。它与 材料的晶体结构、机械性质、合金成分、热材料的晶体结构、机械性质、合金成分、热 处理状态、环境气氛、温度及压力状态有关。处理状态、环境气氛、温度及压力状态有关。 它既可呈现脆性断口，有时也可看到延性断它既可呈现脆性断口，有时也可看到延性断 口，而断裂方式既可是晶间的、也可是穿晶口，而断裂方式既可是晶间的、也可是穿晶 的。的。 例如例如：一般情况下，低碳钢、低合金钢、：一般情况下，低碳钢

20、、低合金钢、 铝合金、铝合金、黄铜是沿晶断裂，而黄铜是沿晶断裂，而黄铜黄铜 和暴露在氯化物中的奥氏体不锈钢，大多数和暴露在氯化物中的奥氏体不锈钢，大多数 情况下是穿晶的。情况下是穿晶的。 防止应力腐蚀断裂的方法防止应力腐蚀断裂的方法 w （1 1）合理选择材料）合理选择材料 即针对零件所受的应力和使用条件选用那即针对零件所受的应力和使用条件选用那 些应力腐蚀敏感性低的材料。些应力腐蚀敏感性低的材料。 例如例如：黄铜对氨的应力腐蚀开裂敏感性很高，：黄铜对氨的应力腐蚀开裂敏感性很高， 因此，接触氨的构件就应尽量避免使用铜合金。因此，接触氨的构件就应尽量避免使用铜合金。 w (2)(2)减少或消除零

21、件中的残余拉应力，可降减少或消除零件中的残余拉应力，可降 低低SCCSCC敏感性敏感性 w 即在设计上尽量减少零件上的应力集中，即在设计上尽量减少零件上的应力集中， 工艺上加热和冷却要均匀，必要时采用退火工工艺上加热和冷却要均匀，必要时采用退火工 艺以消除应力，由于抵消或部分地抵消了外加艺以消除应力，由于抵消或部分地抵消了外加 拉伸应力的作用，对抑制拉伸应力的作用，对抑制SCCSCC是有益的。是有益的。 (3) (3)改善介质条件改善介质条件 可以通过加缓蚀剂或保护层，以可以通过加缓蚀剂或保护层，以 及减少和消除促进应力腐蚀的有害化及减少和消除促进应力腐蚀的有害化 学离子，通过改变介质条件来避

22、免应学离子，通过改变介质条件来避免应 力腐蚀。力腐蚀。 例如例如，通过水的净化处理降低冷，通过水的净化处理降低冷 却水与蒸汽水中的氯离子含量，对预却水与蒸汽水中的氯离子含量，对预 防奥氏体不锈钢的应力腐蚀断裂是十防奥氏体不锈钢的应力腐蚀断裂是十 分有效的，分有效的， (4) (4)改进金属构件的设计，防止腐改进金属构件的设计，防止腐 蚀介质的富集，是一项重要的抑制蚀介质的富集，是一项重要的抑制 SCCSCC措施。措施。 (5)(5)从电化学防护来说也可以用阴从电化学防护来说也可以用阴 极保护来防止应力腐蚀的发生。极保护来防止应力腐蚀的发生。 因为阴极极化可降低裂纹扩展速度，因为阴极极化可降低裂

23、纹扩展速度， 但是必须注意，对高强钢或其它氢脆敏感但是必须注意，对高强钢或其它氢脆敏感 的材料，不能采用阴极保护法。的材料，不能采用阴极保护法。 8.2 8.2 氢脆氢脆 w 8.2.1 8.2.1 氢的来源及氢脆的特点氢的来源及氢脆的特点 w 8.2.2 8.2.2 氢脆断裂机理氢脆断裂机理 w 8.2.3 8.2.3 氢脆类型及氢脆断口特征氢脆类型及氢脆断口特征 8.2.18.2.1氢的来源及氢脆的特点氢的来源及氢脆的特点 氢脆断裂（简称氢脆）氢脆断裂（简称氢脆）- -由于氢和由于氢和 应力的共同作用而导致金属材料产生脆应力的共同作用而导致金属材料产生脆 性断裂的现象。性断裂的现象。 金属

24、的氢脆现象早已为人们所关注。金属的氢脆现象早已为人们所关注。 氢进入金属后，一般都使材料的性能变氢进入金属后，一般都使材料的性能变 坏。金属中氢的来源很多，可分为坏。金属中氢的来源很多，可分为“内内 含的含的”和和“外来的外来的”两种，相对应的即两种，相对应的即 为内部氢脆和环境氢脆。为内部氢脆和环境氢脆。 内部氢脆是指金属在使用前内部已含有足内部氢脆是指金属在使用前内部已含有足 够的氢而导致的脆断，它是金属在熔炼过程中够的氢而导致的脆断，它是金属在熔炼过程中 及随后的加工制造过程（如热加工、热处理、及随后的加工制造过程（如热加工、热处理、 焊接、酸洗、电镀等）中产生的。而环境氢脆焊接、酸洗、

25、电镀等）中产生的。而环境氢脆 则是金属原先不含或含氢极微，但在服役时含则是金属原先不含或含氢极微，但在服役时含 氢的环境介质中产生的。这样的环境常为：氢的环境介质中产生的。这样的环境常为： (1)(1)在纯氢气氛中（在纯氢气氛中（有少量的水分，甚至有少量的水分，甚至 干氢干氢）由分子氢造成氢脆；）由分子氢造成氢脆； (2)(2)由硫化氢（由硫化氢（H2SH2S）气氛致脆；）气氛致脆； (3)(3)由氢化物致脆；由氢化物致脆； (4)(4)高强钢在中性水或潮湿的大气中致脆。高强钢在中性水或潮湿的大气中致脆。 内部氢脆和环境氢脆的区别，在于氢的内部氢脆和环境氢脆的区别，在于氢的 来源不同，但它们的

26、脆化本质是相同的。金来源不同，但它们的脆化本质是相同的。金 属中的氢可有几种不同的存在形式。一般情属中的氢可有几种不同的存在形式。一般情 况下，氢以间隙原子状态溶于金属中，对于况下，氢以间隙原子状态溶于金属中，对于 大多数工业合金，氢的溶解度随温度降低而大多数工业合金，氢的溶解度随温度降低而 降低。降低。 氢在金属中也可能通过扩散聚集在较大氢在金属中也可能通过扩散聚集在较大 的缺陷（如空洞、气泡和裂纹等）处，以氢的缺陷（如空洞、气泡和裂纹等）处，以氢 分子状态存在。此外，氢还可能和一些过度分子状态存在。此外，氢还可能和一些过度 族、稀土或碱土金属元素作用，生成氢化物，族、稀土或碱土金属元素作用

27、，生成氢化物， 或与金属中的第二相作用生成气体产物，如或与金属中的第二相作用生成气体产物，如 钢中的氢可与渗碳体中的碳原子作用形成甲钢中的氢可与渗碳体中的碳原子作用形成甲 烷等。烷等。 氢脆（氢脆（HEHE）和应力腐蚀（）和应力腐蚀（SCCSCC）相比，）相比， 具有如下特点：具有如下特点： (1) (1) 实验室中识别实验室中识别HEHE和和SCCSCC的方法，一般的方法，一般 采用极化试验方法，即当外加小的阳极电流采用极化试验方法，即当外加小的阳极电流 而缩短产生裂纹时间的是而缩短产生裂纹时间的是SCCSCC；当外加小的阴；当外加小的阴 极电流而缩短产生裂纹时间的是极电流而缩短产生裂纹时间

28、的是HEHE。 (2)(2) 在较低强度的金属中，或受力不大，在较低强度的金属中，或受力不大， 存在的残余拉应力也较小的高强度金属中，存在的残余拉应力也较小的高强度金属中， 这时氢脆的断裂源都不在表面，而是在表面这时氢脆的断裂源都不在表面，而是在表面 以下的某一深度，此处三向拉应力最大，氢以下的某一深度，此处三向拉应力最大，氢 浓集在这里造成断裂。浓集在这里造成断裂。 (3) (3) 氢脆断裂的主裂纹没有分叉现象，氢脆断裂的主裂纹没有分叉现象， 这是与这是与SCCSCC的裂纹明显不同的。氢脆的断裂可的裂纹明显不同的。氢脆的断裂可 以是穿晶的，也可以是沿晶的，裂纹扩展型以是穿晶的，也可以是沿晶的

29、，裂纹扩展型 式可从一种转变为另一种，但氢脆一般有特式可从一种转变为另一种，但氢脆一般有特 定的裂纹形态。定的裂纹形态。 如，淬回火钢中的氢脆裂纹沿原奥氏体如，淬回火钢中的氢脆裂纹沿原奥氏体 晶界扩展；而钛合金氢脆裂纹是沿氢化物与晶界扩展；而钛合金氢脆裂纹是沿氢化物与 基体金属的界面上发展。基体金属的界面上发展。 (4) 氢脆断口上一般没有腐蚀产物或其氢脆断口上一般没有腐蚀产物或其 量极微。量极微。 (5) (5) 大多数的氢脆（除氢化物的氢脆），大多数的氢脆（除氢化物的氢脆）， 都表现出对温度和形变速率有强烈的依赖关都表现出对温度和形变速率有强烈的依赖关 系。氢脆只在一定的温度范围内出现，出

30、现系。氢脆只在一定的温度范围内出现，出现 氢脆的温度区间决定于合金的化学成分和形氢脆的温度区间决定于合金的化学成分和形 变速率。变速率。 形变速率愈大，氢脆的敏感性愈小，当形变速率愈大，氢脆的敏感性愈小，当 形变速率大于某一临界值后，则氢脆完全消形变速率大于某一临界值后，则氢脆完全消 失。氢脆对材料的屈服强度影响较小，但对失。氢脆对材料的屈服强度影响较小，但对 断面收缩率则影响较大。断面收缩率则影响较大。 关于关于HEHE和和SCCSCC的异同列于表的异同列于表8-28-2 中中 氢脆 应力腐蚀 1裂纹从内部开始，断口较平整 2裂纹几乎不分叉，有二次裂纹 3萌生裂纹处无腐蚀产物 4裂纹源可能是

31、一个或多个。多在三 向应力区萌生裂纹源 5对轧向敏感，沿轧向开裂 6断口多为沿晶，也可出现穿晶解理 或准解理断裂 7裂纹走向与正应力垂直 8内部氢脆不一定要有拉应力作用 9合金和纯金属均可发生氢脆 10只要有含氢的或能产生氢的环境 或介质 11只要含氢，无应力也发生 12对组织敏感，高强度钢愈愈易发 生氢脆 13由阴极吸氢造成晶格弱化 14阴极保护反促进吸氢 裂纹从表面开始，断口不平整 裂纹分叉，有较多二次裂纹 萌生处有腐蚀产物 裂纹源可能是一个或多个。不一定在应 力集中处萌生裂纹源 与轧向无关 一般为沿晶，也有穿晶解理断裂 裂纹走向与正应力垂直 必定要有拉伸应力作用 只有合金才易发生，纯金属

32、不敏感 一种合金只对几种特定介质敏感，而浓 度与数量不一定很大 无应力时，合金对腐蚀环境可能是惰性 的 对组织敏感，高强度钢断裂抗力下降明 显 由阳极反应造成腐蚀 采用阴极保护可减轻腐蚀 8.2.2 8.2.2 氢脆断裂机理氢脆断裂机理 目前存在的氢脆断裂机理很多，下目前存在的氢脆断裂机理很多，下 面简要予以回顾面简要予以回顾。 (1) (1) 氢的扩散机理氢的扩散机理 (2) (2) 内压理论内压理论 (3) (3) 吸附理论吸附理论 (4) (4) 位错输送理论位错输送理论 (5) (5) 晶格弱化理论晶格弱化理论 (6) (6) 氢化物或富氢相析出理论氢化物或富氢相析出理论 (7) 氢促

33、进塑变理论氢促进塑变理论 (1) (1) 氢的扩散机理氢的扩散机理 该理论认为，如果裂纹尖端处于阳极区，该理论认为，如果裂纹尖端处于阳极区， 则由于阳极反应的结果，使介质中的氢离子则由于阳极反应的结果，使介质中的氢离子 获得电子还原成氢原子，氢原子一部分合成获得电子还原成氢原子，氢原子一部分合成 氢分子逸出，一部分原子氢要向金属基体的氢分子逸出，一部分原子氢要向金属基体的 内部扩散，氢一旦在基体内产生高浓度的聚内部扩散，氢一旦在基体内产生高浓度的聚 集现象，便使得该区域的金属脆化。集现象，便使得该区域的金属脆化。 (2)(2)内压理论内压理论 氢脆的内压理论首先是由氢脆的内压理论首先是由C C

34、扎普扎普 夫（夫（C CC CZapffeZapffe）在）在19471947年提出来的。年提出来的。 他认为在裂纹或缺口尖端的三向应力区他认为在裂纹或缺口尖端的三向应力区 内，形成了很多微孔核心，氢原子在应内，形成了很多微孔核心，氢原子在应 力作用下向这些核心扩散，并且结合成力作用下向这些核心扩散，并且结合成 氢分子，由于微孔核心很小，只要有很氢分子，由于微孔核心很小，只要有很 少的氢气就可产生相当大的压力。少的氢气就可产生相当大的压力。 这种内压力大到足以通过塑性变形这种内压力大到足以通过塑性变形 或解理断裂使裂纹长大或使微孔长大，或解理断裂使裂纹长大或使微孔长大， 连接，最后引起材料过早

35、断裂。该理论连接，最后引起材料过早断裂。该理论 能较好的解释鱼眼型白点的形成机理。能较好的解释鱼眼型白点的形成机理。 (3)(3)吸附理论吸附理论 氢的吸附理论是氢的吸附理论是19521952年年N NT T佩奇佩奇 （N NT TPetchPetch）和）和P P 斯特布尔斯斯特布尔斯 （P P StablsStabls）提出的。该理论认为活性氢）提出的。该理论认为活性氢 原子吸附在裂纹尖端降低了表面能，减少了原子吸附在裂纹尖端降低了表面能，减少了 形成裂纹所需做的功，因此激发了裂纹的形形成裂纹所需做的功，因此激发了裂纹的形 成和扩展。成和扩展。 该理论最早是由该理论最早是由T TR R巴斯

36、辛巴斯辛 （T TR RBastionBastion）和）和F FC C阿泽阿泽 （F FC CAzouAzou）在）在19511951年提出的。该理论认年提出的。该理论认 为氢脆是氢原子和位错交互作用的结果。固为氢脆是氢原子和位错交互作用的结果。固 溶体中的氢存在于晶格间隙位置，氢原子倾溶体中的氢存在于晶格间隙位置，氢原子倾 向于聚集在刃位错下方，形成向于聚集在刃位错下方，形成cottrellcottrell气团。气团。 显然显然，在位错密度较高的区域，其氢的，在位错密度较高的区域，其氢的 浓度也较高。当裂纹体受力后，裂纹尖端既浓度也较高。当裂纹体受力后，裂纹尖端既 有三向拉应力存在，又有很

37、高的位错密度，有三向拉应力存在，又有很高的位错密度， 这都促使氢原子在裂纹尖端富集。这都促使氢原子在裂纹尖端富集。 (4)(4)位错输送理论位错输送理论 由于氢原子钉扎住位错，使位由于氢原子钉扎住位错，使位 错不易运动，塑性变形困难，引起错不易运动，塑性变形困难，引起 材料的局部硬化。此位错理论成功材料的局部硬化。此位错理论成功 的解释了氢脆只发生在一定的温度的解释了氢脆只发生在一定的温度 范围和慢的形变速率情况以及高强范围和慢的形变速率情况以及高强 度钢产生的氢脆裂纹的扩展是跳跃度钢产生的氢脆裂纹的扩展是跳跃 式前进的。式前进的。 （5 5）晶格弱化理论）晶格弱化理论 此理论是此理论是196

38、01960年年A AR R特罗亚诺特罗亚诺 （A AR RTroianoTroiano）提出的。其要点是认）提出的。其要点是认 为高浓度的固溶氢原子，可以降低晶界为高浓度的固溶氢原子，可以降低晶界 上或相界上金属晶体的原子间结合力，上或相界上金属晶体的原子间结合力， 而局部地区的拉应力又促使氢原子偏聚，而局部地区的拉应力又促使氢原子偏聚， 因此当局部拉应力等于已被氢弱化了的因此当局部拉应力等于已被氢弱化了的 原子间结合力时，原子间的键合就发生原子间结合力时，原子间的键合就发生 破坏，材料便产生脆性断裂。该理论解破坏，材料便产生脆性断裂。该理论解 释高强度钢脆性较为合理。释高强度钢脆性较为合理。

39、 （6 6）氢化物或富氢相析出理论）氢化物或富氢相析出理论 D DG G韦斯特来尔（韦斯特来尔（D DG GWestlakeWestlake） 等在等在19691969年提出了此理论，即氢原子和年提出了此理论，即氢原子和 某些合金元素容易形成脆性相的氢化物，某些合金元素容易形成脆性相的氢化物， 与塑性较好的基体在形变过程中不相容，与塑性较好的基体在形变过程中不相容， 氢化物与基体的界面上易产生裂纹。氢化物与基体的界面上易产生裂纹。 这个理论是这个理论是C CD D比奇姆（比奇姆（C CD DBeachemBeachem） 在在19721972年提出的。他认为，偏聚的氢帮助了铁的年提出的。他认为

40、，偏聚的氢帮助了铁的 塑变，局部化的塑变完成了断裂前所需的变形准塑变，局部化的塑变完成了断裂前所需的变形准 备，使断裂在较低的宏观塑变下发生。备，使断裂在较低的宏观塑变下发生。 综述各种氢脆断裂机理综述各种氢脆断裂机理，一般认为，一般认为， 溶解在钢中的氢通常以原子状态存在，但为了降溶解在钢中的氢通常以原子状态存在，但为了降 低能量，总愿意与杂质原子、位错、空位、晶界低能量，总愿意与杂质原子、位错、空位、晶界 及滑移带等相互作用，并力图结合成氢分子。氢及滑移带等相互作用，并力图结合成氢分子。氢 的这一行为，对钢的氢脆破坏有重要的影响。的这一行为，对钢的氢脆破坏有重要的影响。 （7）氢促进塑变理

41、论）氢促进塑变理论 8.2.3 8.2.3 氢脆类型及氢脆断口特征氢脆类型及氢脆断口特征 (1) (1) 白点（发裂）或氢鼓泡白点（发裂）或氢鼓泡 (2) 氢氢 蚀蚀 (3) 氢化物氢脆氢化物氢脆 (4) (4) 氢致延滞断裂氢致延滞断裂 (1) (1) 白点（发裂）或氢鼓泡白点（发裂）或氢鼓泡 当钢中含有过量的氢时，氢在钢当钢中含有过量的氢时，氢在钢 中的溶解度随温度的降低而减小。若中的溶解度随温度的降低而减小。若 过饱和的氢未能扩散逸出，便聚集在过饱和的氢未能扩散逸出，便聚集在 某些缺陷处而形成氢分子，并产生高某些缺陷处而形成氢分子，并产生高 压使金属局部撕裂，而形成微裂纹。压使金属局部撕

42、裂，而形成微裂纹。 内部氢脆断口往往出现内部氢脆断口往往出现“白点白点”。 白点有两种类型：白点有两种类型： 一种一种是在钢件中观察到纵向发裂，在其是在钢件中观察到纵向发裂，在其 断口上出现白点。这类白点呈圆形或椭圆形，断口上出现白点。这类白点呈圆形或椭圆形， 而且轮廓分明，表面光亮呈银白色，故又叫而且轮廓分明，表面光亮呈银白色，故又叫 “雪斑雪斑”或发裂白点，如果发裂前低温长时或发裂白点，如果发裂前低温长时 间保温，则可消除这类白点。间保温，则可消除这类白点。 另一类另一类白点呈鱼眼型，它往往是某些以白点呈鱼眼型，它往往是某些以 材料内部的宏观缺陷如气孔，夹渣等为核心材料内部的宏观缺陷如气孔

43、，夹渣等为核心 的银白色斑点，其形状也为圆形或椭圆形。的银白色斑点，其形状也为圆形或椭圆形。 圆白点的大小往往同核心的大小有关，核心圆白点的大小往往同核心的大小有关，核心 愈大，白点也愈大，白点区齐平而略为下凹。愈大，白点也愈大，白点区齐平而略为下凹。 产生鱼眼白点，除与氢或缺陷因素有关外，产生鱼眼白点，除与氢或缺陷因素有关外， 还需具有一定条件，即一定的塑变量和变形还需具有一定条件，即一定的塑变量和变形 速度。速度。 w 若经去氢处理或消除鱼眼核心（缺陷），若经去氢处理或消除鱼眼核心（缺陷）， 则白点不出现；小于一定的塑性变形量，或则白点不出现；小于一定的塑性变形量，或 采用冲击等高的应变速

44、率，也不会出现白点，采用冲击等高的应变速率，也不会出现白点， 所以它是可以消除的，这类氢脆只降低塑性，所以它是可以消除的，这类氢脆只降低塑性， 不影响金属强度。不影响金属强度。 w 对于中、低强度钢（包括对于中、低强度钢（包括HRC22HRC22的结构的结构 钢或在高温条件下运行的金属构件），在氢钢或在高温条件下运行的金属构件），在氢 气及硫化氢气氛中，原子氢将进入钢中并在气及硫化氢气氛中，原子氢将进入钢中并在 表下某些点上转变为分子氢，由此产生的高表下某些点上转变为分子氢，由此产生的高 压使钢的表面层鼓起而在外表面产生的氢鼓压使钢的表面层鼓起而在外表面产生的氢鼓 泡也属于这一类氢脆。泡也属于

45、这一类氢脆。 内部氢脆断口的宏观形态呈齐平状，可看到内部氢脆断口的宏观形态呈齐平状，可看到 白点或氢鼓泡。如在大截面构件的断口上可观察白点或氢鼓泡。如在大截面构件的断口上可观察 到白点；在小型零件或丝材断口边缘上可观察到到白点；在小型零件或丝材断口边缘上可观察到 白色亮环。放大检查有时可看到细小的裂纹（即白色亮环。放大检查有时可看到细小的裂纹（即 发裂）。发裂）。 内部氢脆断口的微观形态，往往是穿晶解理内部氢脆断口的微观形态，往往是穿晶解理 型或准解理型花样。准解理断口常呈现浮云状、型或准解理型花样。准解理断口常呈现浮云状、 波纹状花样波纹状花样 内部氢脆断口在白点区内其微观特征为穿晶内部氢脆

46、断口在白点区内其微观特征为穿晶 解理断口，白点区外为准解理加韧窝断口。氢蚀解理断口，白点区外为准解理加韧窝断口。氢蚀 及氢化物致脆即具有如上的断口特征。及氢化物致脆即具有如上的断口特征。 环境氢脆的宏观断口为典型脆性断口，断口环境氢脆的宏观断口为典型脆性断口，断口 平齐，有发射状棱线，环境氢脆的微观断口特征平齐，有发射状棱线，环境氢脆的微观断口特征 与应力水平等有关。与应力水平等有关。 (2) 氢氢 蚀蚀 氢蚀是由氢与金属中夹杂物及第二氢蚀是由氢与金属中夹杂物及第二 相质点反应生成高压气体而造成的，例相质点反应生成高压气体而造成的，例 如，氢与渗碳体生成甲烷，甲烷在晶界如，氢与渗碳体生成甲烷，

47、甲烷在晶界 富集降低了晶界结合力而导致氢脆。富集降低了晶界结合力而导致氢脆。 氢蚀有如下特点氢蚀有如下特点： a a） 材料经过一定潜伏期后，其塑材料经过一定潜伏期后，其塑 性开始严重降低，这是由于性开始严重降低，这是由于CH4CH4气泡的气泡的 成核长大，需要一定时间后才能达到临成核长大，需要一定时间后才能达到临 界密度界密度 b) b) 在相同潜伏期下，升高温度可明显降在相同潜伏期下，升高温度可明显降 低形成氢蚀所需的压力低形成氢蚀所需的压力 c) c) 当钢中含有形成稳定氧化物或碳化物当钢中含有形成稳定氧化物或碳化物 的某些合金元素，则可显著提高形成氢蚀的的某些合金元素，则可显著提高形成

48、氢蚀的 温度和压力，即氢蚀敏感性下降温度和压力，即氢蚀敏感性下降 d) d) 热处理引起组织变化，也相应改变氢热处理引起组织变化，也相应改变氢 蚀的敏感性，球化处理可延长潜伏期，细晶蚀的敏感性，球化处理可延长潜伏期，细晶 粒潜伏期短，粗晶粒潜伏期长粒潜伏期短，粗晶粒潜伏期长 e) e) 纯铁不发生氢脆，随钢中含碳量增加，纯铁不发生氢脆，随钢中含碳量增加， 氢脆敏感性增加，低碳钢比中碳钢敏感性氢脆敏感性增加，低碳钢比中碳钢敏感性 小小 f) f) 钢的屈服强度高，容易发生氢脆破坏钢的屈服强度高，容易发生氢脆破坏 g) g) 压应力作用下不发生氢脆压应力作用下不发生氢脆 氢蚀断裂的宏观断口形貌呈氧

49、化色及氢蚀断裂的宏观断口形貌呈氧化色及 颗粒状。微观断口可见晶界明显加宽及沿颗粒状。微观断口可见晶界明显加宽及沿 晶断裂特征。晶断裂特征。 (3) 氢化物氢脆氢化物氢脆 对于对于IVBIVB或或VBVB族金属（如纯钛、钛合金、钒、族金属（如纯钛、钛合金、钒、 锆、铌及其合金）与氢有较大的亲和力，因此锆、铌及其合金）与氢有较大的亲和力，因此 极易形成氢化物，使金属脆化。极易形成氢化物，使金属脆化。 这类氢化物分为两类：这类氢化物分为两类： 一类一类是熔融金属冷凝时，由于氢的溶解度降是熔融金属冷凝时，由于氢的溶解度降 低而从过饱和固溶体中析出时形成的，称为自低而从过饱和固溶体中析出时形成的，称为自

50、 发形成氢化物；发形成氢化物； 另一类另一类称为应力感生氢化物，它是在含氢称为应力感生氢化物，它是在含氢 量较低的情况下，受外加拉应力作用，使原来量较低的情况下，受外加拉应力作用，使原来 基本上是均匀分布的氢逐渐聚集到裂纹前沿或基本上是均匀分布的氢逐渐聚集到裂纹前沿或 微孔附近等应力集中处，当其达到足够浓度后，微孔附近等应力集中处，当其达到足够浓度后， 析出而形成氢化物。析出而形成氢化物。 a)a) 氢脆敏感性随温度降低而增加氢脆敏感性随温度降低而增加 b)b) 缺口尖锐度增加，敏感性也增加缺口尖锐度增加，敏感性也增加 c)c) 裂纹沿氢化物与基体的界面扩展裂纹沿氢化物与基体的界面扩展 d)d

51、) 高速变形才出现脆性断裂高速变形才出现脆性断裂 e)e) 氢脆的敏感性与氢化物的形状有关，氢脆的敏感性与氢化物的形状有关， 薄片状氢化物因极易生成较大的应力集中而薄片状氢化物因极易生成较大的应力集中而 使敏感性大大增加，对于细晶粒组织，氢化使敏感性大大增加，对于细晶粒组织，氢化 物多呈块状不连续的沉淀，故对氢脆不敏感。物多呈块状不连续的沉淀，故对氢脆不敏感。 氢化物氢脆具有如下特点：氢化物氢脆具有如下特点： 氢化物致脆断裂，也属沿晶型的，氢化物致脆断裂，也属沿晶型的， 在微观断口上常有许多氢化物，而在宏在微观断口上常有许多氢化物，而在宏 观断口上与氢蚀相似，断裂源不是一点，观断口上与氢蚀相似

52、，断裂源不是一点， 而是一片，但不呈氧化色，虽然断面也而是一片，但不呈氧化色，虽然断面也 呈颗粒状，但由于氢化物形成是构件内呈颗粒状，但由于氢化物形成是构件内 部进行的一个物理化学过程，所以可在部进行的一个物理化学过程，所以可在 常温下进行。常温下进行。 （4 4）氢致延滞断裂）氢致延滞断裂 若含有适量的处在固溶状态氢的金属若含有适量的处在固溶状态氢的金属 （如高强钢或（如高强钢或+钛合金），在低于屈服钛合金），在低于屈服 强度的低应力作用下，经过一段孕育期后，强度的低应力作用下，经过一段孕育期后， 在内部，特别是在三向应力区形成裂纹，这在内部，特别是在三向应力区形成裂纹，这 种裂纹在应力持续

53、作用下，不断扩展长大，种裂纹在应力持续作用下，不断扩展长大， 最后突然发生脆断。这种由于氢的作用而产最后突然发生脆断。这种由于氢的作用而产 生的延滞断裂现象称为生的延滞断裂现象称为氢致延滞断裂氢致延滞断裂，大多，大多 数氢脆断裂即指这类氢脆。数氢脆断裂即指这类氢脆。 氢脆特点如下：氢脆特点如下： a a）只在一定温度范围内出现，如高只在一定温度范围内出现，如高 强钢在强钢在-100150-100150之间，而以室温下最之间，而以室温下最 敏感敏感 b b）提高应变速率，材料对氢脆敏感提高应变速率，材料对氢脆敏感 性降低性降低 c c）显著降低金属材料的断后伸长率，显著降低金属材料的断后伸长率，

54、 但含氢量超过一定数值后，断后伸长率但含氢量超过一定数值后，断后伸长率 不在变化，而断面收缩率则随含氢量增不在变化，而断面收缩率则随含氢量增 加不断下降，且材料强度愈高，下降愈加不断下降，且材料强度愈高，下降愈 厉害厉害 高强度钢氢致延滞断裂断口的宏观形貌与一高强度钢氢致延滞断裂断口的宏观形貌与一 般的脆性断口形态相似，有时可见到一些反光的般的脆性断口形态相似，有时可见到一些反光的 小刻面，断口上常有二个区域：氢脆裂纹的亚临小刻面，断口上常有二个区域：氢脆裂纹的亚临 界扩展区（齐平部分）和机械撕裂区（斜面部界扩展区（齐平部分）和机械撕裂区（斜面部 分）。其断口微观形貌大多为沿原奥氏体晶界断分）

55、。其断口微观形貌大多为沿原奥氏体晶界断 裂，且晶界面上常有许多撕裂棱。裂，且晶界面上常有许多撕裂棱。 然而然而，实际断口上，并不是沿晶断裂，因为，实际断口上，并不是沿晶断裂，因为 裂纹尖端的应力场强度因子裂纹尖端的应力场强度因子K1K1，氢浓度及晶界上，氢浓度及晶界上 杂质元素的偏聚等都会对氢脆的断裂方式产生影杂质元素的偏聚等都会对氢脆的断裂方式产生影 响。例如，对响。例如，对40CrNiMo40CrNiMo钢，提高钢的纯净度，会钢，提高钢的纯净度，会 使氢脆断口形貌由沿晶断裂转为穿晶断裂；当使氢脆断口形貌由沿晶断裂转为穿晶断裂；当K1K1 值较高时为微孔聚集型断口，中等值较高时为微孔聚集型断

56、口，中等K1K1值则是准解值则是准解 理或准解理加刃窝，或沿晶断裂加刃窝；在较小理或准解理加刃窝，或沿晶断裂加刃窝；在较小 K1K1值下是沿晶断口，晶界小平面上有许多撕裂棱。值下是沿晶断口，晶界小平面上有许多撕裂棱。 钢的氢脆与应力腐蚀断口特征钢的氢脆与应力腐蚀断口特征 的比较见表的比较见表8-38-3 断裂源位置 断口宏观特征断口微观特征二次裂纹 应 力 腐 蚀 肯定在表面，无 一例外，且常在 尖角、划痕、点 蚀坑等拉应力集 中处，断口不平 整 脆性，颜色较暗， 甚至呈黑色，和最 后静断区有明显界 限，断裂源区颜色 最深，裂纹有分叉 一般为沿晶断裂， 也有穿晶解理断裂。 有较多腐蚀产物， 且

57、有特殊的离子如 氯、硫等。断裂源 区腐蚀产物最多 较多或很多， 呈树根状 氢 脆 大多在表皮下， 偶尔在表面应力 集中处，且随外 应力增加，断裂 源位置向表面靠 近，断口平整 脆性，较光亮， 刚断开时没有腐 蚀，在腐蚀性环 境中放置后，受 均匀腐蚀，裂纹 几乎不分叉 多数为沿晶断裂， 也可能出现穿晶断 裂。晶界面上常有 撕裂棱，个别地方 有刃窝，若未在腐 蚀环境中放置，一 般无腐蚀产物 没有或极 少 对氢脆的控制与防护参见图对氢脆的控制与防护参见图 氢脆控制 力学冶金环境 避 免 应 力 集 中 消 除 加 工 应 力 增 加 表 面 压 力 改 变 合 金 成 分 改 变 合 金 组 织 金

58、 属 镀 层 提 高 纯 度 正 确 制 定 冷 热 加 工 工 艺 加 抑 制 剂 表 面 涂 层 去 氢 处 理 8.38.3腐蚀疲劳腐蚀疲劳 8.3.1 8.3.1 腐蚀疲劳特点腐蚀疲劳特点 8.3.2 8.3.2 金属腐蚀疲劳的破坏机制金属腐蚀疲劳的破坏机制 8.3.3 8.3.3 影响腐蚀疲劳裂纹扩展的因素影响腐蚀疲劳裂纹扩展的因素 8.3.4 8.3.4 腐蚀疲劳裂纹的断口特征腐蚀疲劳裂纹的断口特征 腐蚀疲劳腐蚀疲劳- -金属构件或零件在交变应金属构件或零件在交变应 力和腐蚀介质的共同作用下引起失效。它力和腐蚀介质的共同作用下引起失效。它 即不同于应力腐蚀也不同于大气疲劳（机即不同

59、于应力腐蚀也不同于大气疲劳（机 械疲劳），同时也不是腐蚀疲劳和机械疲械疲劳），同时也不是腐蚀疲劳和机械疲 劳两种因素作用的简单叠加，其不同处见劳两种因素作用的简单叠加，其不同处见 表表 8.3.1 8.3.1 腐蚀疲劳特点腐蚀疲劳特点 1必定要有拉伸应力作用，是静应力 2在特定的材料与介质组合下才发生 3当K1K1SCC，应力腐蚀裂纹不会 扩展 4只有一两个主裂纹，主裂纹上有分 支小裂纹 5一般为沿晶断裂，也有穿晶解理断 裂 6在一定的介质中，应力腐蚀裂纹尖 端的溶液酸度是较高的，总是高于整 体环境的平均值。 7只在合金中发生，纯金属不发生应 力腐蚀 是交变应力作用 任何介质中均会出现 即使K

60、maxK1SCC,腐蚀疲劳裂纹 仍旧会扩展 裂纹源有多处，裂纹没有分支 多数为穿晶断裂，但也有沿晶断 裂 腐蚀疲劳裂纹尖端溶液的酸度与 周围环境的平均值差别不大 任何材料均可能发生腐蚀疲劳， 即使是纯金属也能产生腐蚀疲劳 应力腐蚀腐蚀疲劳 表表8-5 8-5 大气腐蚀与腐蚀疲劳的特征大气腐蚀与腐蚀疲劳的特征 大气疲劳大气疲劳腐蚀疲劳腐蚀疲劳 疲劳曲线有明显的水平 台，即有明确的疲劳极 限 疲劳曲线没有明显水平 台，即没有明确的疲劳 极限，通常采用“条件 疲劳极限” 疲劳极限与静强度之间 存在比例关系 腐蚀疲劳极限与静强度 之间没有直接关系 在大气环境中，当加载 频率小于1000Hz时，对 疲劳