工程材料力学性能 第六章 金属的应力腐蚀和氢脆

1、第六章 金属的应力(yngl)腐蚀和氢脆共十九页与时间有关系的断裂： 低应力脆断 疲劳断裂 腐蚀(fsh)断裂由应力和腐蚀环境共同作用引起的 断裂，叫应力腐蚀断裂；如果与氢接触氢脆；在腐蚀介质中承受交变应力作用，则产生腐蚀疲劳。本章主要内容：1.应力腐蚀；2.氢脆断裂。共十九页第一节 应力腐蚀一、应力腐蚀现象及特征应力腐蚀现象 应力腐蚀断裂：金属(jnsh)在拉应力和特定的化学介质共同作用下，经过一段时间后所产生的低应力脆断现象。 应力腐蚀断裂一般都是在特定的条件下产生的： 拉伸应力作用下； 存在特定腐蚀介质；共十九页应力腐蚀产生条件1、应力2、化学(huxu)介质3、金属材料共十九页二、应力

2、腐蚀断裂(dun li)机理及断口特征1. 保护膜破坏机理 滑移-溶解理论：滑移-膜破-阳极溶解-再钝化. 表面形成一层保护膜钝化。具有钝化膜的金属表面为阴极 附加应力使局部地区的保护膜破裂微电池的阳极，产生阳极溶解 保护膜反复形成反复破裂的过程，局部地区腐蚀加深，形成蚀坑。 应力集中，加速了孔洞表面附近的塑性变形和保护膜破裂。 共十九页应力(yngl)腐蚀断口特征共十九页共十九页三、应力腐蚀抗力指标应力腐蚀临界应力场强度因子K1scc应力腐蚀裂纹扩展速率da/dt（一）K1scc的概念及其测定当K1值降低到某一临界值时，材料就不会由于应力腐蚀而发生断裂。这一K值 为应力腐蚀门槛值，以K1SC

3、C表示;或 应力腐蚀临界应力场强度因子 对于一定的材料，在一定的介质(jizh)下，K1scc为一常数。共十九页用K1scc建立材料发生应力腐蚀开裂的断裂判据： K1 K1scc时， 可能产生应力腐蚀开裂而导致破坏； K1K1scc时，原始裂纹(li wn)不会扩展，机件可以安全服役共十九页1 KK1SCC时,可长期处于腐蚀环境中而不发生破坏.；2 K1SCC KK1C时,加上初始载荷后试样立即断裂。共十九页（二）应力腐蚀(fsh)裂纹扩展速率da/dt单位时间内裂纹的扩展量叫做应力腐蚀裂纹扩展速率，用da/dt表示；da/dt和裂纹前端的应力场强度因子有关。即 共十九页曲线(qxin)一般可

4、分成三段 第阶段，几乎与纵坐标轴平行； 第阶段，水平段，da/dt与K1几乎无关；第阶段，裂纹长度已接近临界尺寸， da/dt又明显地依赖K1，且随K1而增加而增大；当K1i达到K1c时，便发生失稳扩展，材料断裂。共十九页四、防止应力腐蚀的措施(cush)（一）降低 拉应力 喷丸或其它表面热处理，退火等。（二）改变介质条件 1.减少或消除助长应力腐蚀开裂的有害化学离子 。例如：通过水的净化处理降低冷却水与蒸汽中的氯离子会含量， 可预防奥氏体不锈钢的应力腐蚀开裂。2.在一些环境中添加防腐剂。（三）选用合适的合金材料 例如，黄铜对氨的应力腐蚀开裂敏感性很高，避免使用铜合金。 （四）采用电化学保护

5、阳极保护或阴极保护。共十九页第二节 氢脆金属材料由于受到氢和应力的共同作用而引起的断裂，统称为氢脆断裂或氢致开裂一、氢在金属中的存在(cnzi)形式根据氢脆的氢来源分成两大类：一类为内部氢脆；二类氢脆称为环境氢脆；氢在金属中的存在形式：氢分子，氢原子，氢化物，间隙固溶体。共十九页二、氢脆类型及特征1、氢蚀 氢以原子的形式存在 4H+C=CH4 2、 白点以氢分子的形式存在于缺陷处，多呈圆形或椭圆形，而且(r qi)轮廓分明，表面光亮呈银白色，故称白点。 低温长时间保温，则可消除。 3、 氢化物致脆：与氢有较大亲和力的金属，生成金属的氢化物。 4、 氢致延滞断裂 固溶状态的氢，在应力持续作用下，

6、孕育后，在三向拉应力区形成裂纹，裂纹逐步扩展，最后突然发生脆性断裂。这种由于氢的作用而产生的延滞断裂现象称为氢致延滞断 裂。 共十九页特点：（1）只在一定温度范围内出现；如高强度钢：100一150之间，而以室温(sh wn)下最敏感；（2）提高应变速率，材料对氢脆的敏感性降低。（3）显著降低金属材料的断后伸长率，断面收缩率随含氢量增加不断下降，且材料强度愈高，下降愈剧烈。（4) 高强度钢的断裂具有可逆性。 即低应力慢速应变后，塑性下降，卸载，停留，再高速加载，塑性恢复，氢脆消除。 共十九页3、钢的氢致延滞断裂机理1 断裂过程分为三个阶段：孕育阶段、裂纹亚稳扩展(kuzhn)阶段及失稳扩展(ku

7、zhn)阶段。 裂纹孕育： 氢进入形成固溶体氢迁移氢偏聚； 亚稳扩展：拉应力促使H溶解，裂尖高氢聚集，形成新裂纹，与原裂纹的尖端汇合扩展、停止，再孕育、扩展； 失稳扩展：当裂纹亚稳扩展达到临界尺寸时便失稳扩展而断裂共十九页五、防止氢脆的措施1环境因素：采用表面涂层、酸洗去氢、电镀； 2. 力学因素：采用表面处理，使表面获得残余压应力层；努力提高材料的氢脆门槛值K1HEC。 3. 材质(ci zh)因素：含碳量较低且硫、磷含量较少的钢，氢脆敏感性低。钢的强度等级愈高，对氢脆愈敏感。细化晶粒。 共十九页内容摘要第六章 金属的应力腐蚀和氢脆。在腐蚀介质中承受交变应力作用，则产生腐蚀疲劳。应力腐蚀断裂：金属在拉应力和特定的化学介质共同作用下，经过一段时间后所产生的低应力脆断现象。应力腐蚀断裂一般都是在特定的条件下产生的：。滑移-膜破-阳极溶解-再钝化.。这一K值 为应力腐蚀门槛值，以K1SCC表示。K1 K1scc时， 可能产生应力腐蚀开裂而导致破坏。例如：通过水的净化处理降低冷却水与蒸汽中的氯离子会含量，