第六章 过程装备失效与材料的关系

1、第六章 过程装备失效与材料的关系61金属材料常见失效形式及其判断 611 变形失效 612 断裂失效 613 表面损伤62过程装备及其构件失效的原因和失效分析 621 过程装备及其构件失效的原因 622 失效分析方法简介过程装备及其构件的失效形式有过量变形、断裂及表面损伤三大类型。失效的原因可能是设计、选材、加工、安装或实际操作等环节的具体问题所引起。但材料是构成装备的物质基础，失效的具体现象却呈现在装备及其构件材料的宏观及微观的各种形貌及性能行为上，失效与材料密切相关，通过对失效材料的分析，可以找出装备及构件失效的原因，从而提出改进措施。61 金属材料常见失效形式及其判断61 金属材料常见失

2、效形式及其判断装备在使用过程中，由于应力、时间、温度和环境介质等因素的作用，失去其原有功能的现象时有发生。这种丧失其规定功能的现象称为失效。过程装备失效存在着各种不同的情况：a. 完全失去原有功能的现象是失效；b. 装备性能劣化，不能完成指定的任务是失效；c. 失去安全工作能力的情况也属于失效。金属构件的失效按材料失效的性质分类，常见的失效形式分为三大类：变形失效、断裂失效及表面损伤。各种失效形式均有其产生的条件、特征及判断的依据，但实际的失效往往是多种因素共同作用的结果，是多种特征的掺合，分析时要注意。6.1.1 变形失效如果材料的变形量和变形特性超过原来规定的程度，而致影响构件的规定功能，

3、则认为是变形失效。 (1)在常温或温度不很高情况下的变形失效 弹性变形失效 弹性变形失效有两种情况： a. 金属材料失去了弹性功能， b. 过量的弹性变形。 塑性变形失效 主要是构件失效时，材料产生的塑性变形量超过允许的数值。过量的塑性变形使构件的承载截面积减小，降低承载能力；且塑性变形时金属内部组织结构发生变化，晶粒歪扭，亚晶结构形成，个别部位出现裂纹及扩展。材料过量的塑性变形会引起构件的歪扭、弯曲、薄壁壳的鼓胀及凹陷等变形特征。(2)在高温下的蠕变变形失效 金属材料在长时间恒温、恒应力作用下，即使应力低于屈服点也会缓慢产生塑性变形，这种现象称为蠕变。 低温下蠕变也会发生，但只有当温度高于0

4、.3T。(以绝对温度表示的熔点)时才较显著。碳钢加热温度超过350，普通低合金钢温度超过400时，要考虑蠕变的影响。当蠕变变形量超过规定的要求时，则称为蠕变变形失效。锅炉受热面管子及蒸汽管道由于实际操作的短期超温及长期超温，往往造成管子蠕胀及爆破，这是过量高温蠕变变形引起的普遍且典型的例子。 (3)变形失效的原因及改进措施如果是由载荷及温度而引起的弹性变形失效，则可以通过：选择弹性模量高的材料；改进结构增加承载面积；降低应力水平；适当的匹配材料及设计，可避免温差引起的弹性变形失效等。如果是过量塑性变形而引起的失效，则可以通过：从设计、制造、操作等环节中降低构件实际应力，包括工作应力、残余应力及

5、各种应力集中；选择高屈服强度材料及合适的热处理工艺规范。 防止高温蠕变变形失效的方法主要是选用抗蠕变性能合适的材料与防止装备中构件的超温使用。6.1.2 断裂失效 断裂是金属材料在应力的作用下分为互不相连的两个或两个以上部分的现象。断裂金属材料在变形超过其塑性极限完全分开.原子间结合力遭受破坏。断裂过程一般都经历三个阶段，即裂纹的萌生、裂纹的亚稳扩展及失稳扩展，最后是断裂。所有材料断裂后，在断裂部位都有匹配的两个断裂表面，称为断口，断口及其周围留下与断裂过程有密切相关的信息。 断裂是金属材料常见的失效形式之一，又是危害性较大的失效形式。且工程中金属构件断裂的原因往往又不是单一的，而是几个因素共

6、同作用的结果。金属断裂的物理本质一、断裂的基本类型 根据断裂前金属是否呈现有明显的塑性变形，可将断裂分为韧性断裂与脆性断裂两大类。 通常以单向拉伸时的断面收缩率大于5%者为韧性断裂，而小于5%者为脆性断裂。 此外，按断裂面相对作用力方向的取向关系，分正断与剪断两种形式，垂直于最大正应力的断裂称正断，沿最大切应力方向发生的断裂为剪断。 通常正断沿解理面断裂；剪断沿滑移面断裂。 (2) 韧性断裂 在断裂之前产生显著的宏观塑性变形的断裂叫做韧性断裂。 a韧性断裂的特征 韧性断裂是一个缓慢的断裂过程，塑性变形与裂纹成长同时进行。裂纹萌生及亚稳扩展阻力大、速度慢，材料在断裂过程中需要不断消耗相当多的能量

7、。随着塑性变形的不断增加，承载面积减小，至材料承受的载荷超过了强度极限b时，裂纹扩展达到临界长度，就发生韧性断裂。断裂应变可大于5以上。韧性断裂 在断裂前金属经受了较大的塑性变形，其断口呈纤维状，灰暗无光。韧性断裂主要是穿晶断裂，如果晶界处有夹杂物或沉淀物聚集，则也会发生晶间断裂。 韧性断裂也有不同的表现形式：一种是切变断裂，例如密排六方金属单晶体沿基面作大量滑移后就会发生这种形式的断裂，其断裂面就是滑移面，如图3-68b所示；另一种是试样在塑性变形后出现缩颈，一些塑性非常好的材料如金、铅和铝，可以拉缩成一个点才断开，如图3-68c所示；对于一般的韧性金属，断裂则由试样中心开始，然后沿图3-6

8、8d所示的虚线断开，形成杯锥状断口。 宏观断裂微观断裂正断与剪断的宏观与微观形式韧性断裂有如下几个特点：1。韧性断裂前已发生了较大的塑性变形，断裂时要消耗相当多的能量，所以韧性断裂是一种高能量的吸收过程；2。在小裂纹不断扩大和聚合过程中，又有新裂纹不断产生，所以韧性断裂通常表现为多断裂源；3。韧性断裂的裂纹扩展的临界应力大于裂纹形核的临界应力，所以韧性断裂是个缓慢的撕裂过程；4。随着变形的不断进行裂纹不断生成、扩展和集聚，变形一旦停止，裂纹的扩展也将随着停止。 b韧性断裂的断口形态 断口的宏观形态：韧性断裂的宏观断口可分为三个区域，即纤维区、放射区和剪切唇区。 纤维区 是韧性断裂断口的最突出特

9、征，常位于断裂的起点，即裂纹萌生处，在光滑圆形试样拉伸断口中，它位于中心部位，断面与主应力相垂直，是材料内部处在三向应力作用下裂纹缓慢扩展所形成的。一般情况下，纤维区呈现凹凸不平的宏观形貌。 放射区 是裂纹快速扩展的结果，通常呈放射状，当构件为板状时也呈人字条纹。 剪切唇区 是断裂最后阶段形成的，这时构件的断面处在平面应力状态下，撕裂面与主应力(拉伸轴)成45。角，断面平滑呈灰色。剪切唇区往往在断口的边缘出现。 当加载速度降低、温度升高、构件尺寸变小时，都可使纤维区和剪切唇区增大。 断口的显微形态。韧性断裂的微观断口常见韧窝及蛇形花样， 韧窝的形成大致认为是由于材料显微孔洞在受力产生塑性变形过

10、程中，孔洞变大、孔洞间的壁厚逐渐减薄至断裂分离而形成。韧窝的数量取决于显微孔洞数目的多少，韧窝的大小和深浅与材料的塑性有关，通常韧窝愈大愈深，材料的塑性愈好。在韧窝的中心常有夹杂物或第二相质点。 在某些金属材料中，由于较大塑性变形后，沿滑移面分离，而形成起伏弯曲的条纹等形貌，一般称为蛇形花样。它通常是由于交叉滑移的结果。c韧性断裂的原因及改进措施 韧性断裂往往是因材料受到较大的载荷或过载所引起。选用强度较高的金属材料，设计时充分考虑构件的承载能力，实际操作中严禁超载、超温、超速，注意构件及设备异常的变形，对防止韧性断裂发生都是有效的。 (3) 脆性断裂 金属材料在断裂之前没有发生或很少发生宏观

11、可见的塑性变形的断裂叫做脆性断裂。材料塑性变形能力很低，裂纹尖端的应力集中不能因塑性变形而松弛。 a脆性断裂的特征。脆性断裂是一个快速断裂的过程，材料内部的微裂纹很快扩展达到临界长度，几乎不经历裂纹亚稳扩展阶段就进入裂纹失稳扩展阶段，裂纹扩展阻力小，扩展速度很快，最大可达声音在该材料中的传播速度。由于脆性断裂前材料仍处在低应力工作状态，没有可见的塑性变形，没有变形先兆，危害性很大。 b脆性断裂的断口形态 断口的宏观形态。脆性断裂的断口一般与正应力垂直，宏观表面平齐，颜色光亮。常能在断口上看见两个明显的特征：一为小刻面，一为人字条纹或山形条纹。1脆性断裂 在断面外观上没有明显的塑性变形迹象，直接

12、由弹性变形状态过渡到断裂，断裂面和拉伸轴接近正交，断口平齐，如图3-68a所示。 脆性断裂在单晶体试样中常表现为沿解理面的解理断裂。所谓解理面，一般都是晶面指数比较低的晶面，如体心立方的（100）面。 在多晶体试样中则可能出现两种情况：一是裂纹沿解理面的穿晶断裂，断口可以看到解理亮面；二是裂纹沿晶界的晶间断裂，断口呈颗粒状。 解理断裂 cleavage穿晶脆性断裂：在一定条件下（低温高速及应力集中），当应力达到一定值，快速沿一定的结晶面（解理面）而发生的断裂。例：低碳钢发生解理断裂时，常沿铁素体100晶面发生。 密排六方 0001解理面：原子间距最大、原子结合键最弱的晶面。解释: T对断裂应力

13、f/屈服强度s影响不同T对f影响不大,对s影响显著TT c. f s ductileT T c. f s brittle断口的显微形态。脆性断口的显微形态常见解理台阶与河流花样、舌状花样、鱼骨状花样等。这些花纹出现的原因是脆性断裂裂纹沿解理面扩展，而解理面是平行密排面的一组平面，不同高度的解理面之间的裂纹相互贯通便形成解理台阶，许多的解理台阶的相互汇合便形成河流条纹。所以河流条纹实际上是断裂面上的微小解理台阶在图像上的表现，河流条纹就是相当于各个解理平面的交割。河流条纹的流向也是裂纹扩展的方向，河流的上游(即河流分叉方向)是裂纹源。c产生脆性断裂的原因 ： 应力状态与缺口效应。应力状态是指构件

14、所受应力的类型、分布、大小和方向。不同的应力状态对脆性断裂有不同的影响：最大切应力促进塑性滑移的发展，是位错移动的推动力，它对形变和断裂的发生和发展过程都产生影响；最大拉伸应力则只促进脆性裂纹的扩展。因此，最大拉应力与最大切应力的比值(max max)愈大，构件失效脆性断裂的可能性愈大。在三向拉伸应力状态下比值(max max)最大，极易导致脆性断裂。在实际金属构件中，常见由于应力分布不均匀而造成的三向应力状态，如构件的截面突然变化、小的圆角半径、预存裂纹、刀痕、尖锐缺口尖端处往往由应力集中而引起应力不均匀分布，周围区域为了保持变形协调，便对高应力区以约束作用，即造成三向拉伸应力状态。这些都是

15、造成金属构件在静态低载荷下产生脆性断裂的重要原因。温度工程上大量使用的碳素钢、低合金钢及高合金的铁素体钢，都有低温脆性。随着温度的降低，钢的屈服应力增加，韧性下降，解理应力也随着下降。当温度在材料脆性转变温度以下时，材料的解理应力小于其屈服应力，材料的断裂由韧性断裂转为脆性断裂。工程界采用的脆性转变温度判据主要有下列几种，均按国家标准进行测试。 韧脆转变温度 在一系列不同温度的冲击试验中，冲击吸收功AK急剧变化或断口韧性转变的温度区域(GB T 2291994金属夏比缺口冲击试验方法)。 断口形貌转变温度FATT 无塑性转变温度NDT尺寸效应。钢板与锻件的厚度对脆性断裂有较大的影响，当钢的洁净

16、度不够高，同一钢号随厚度的增加，其韧性有显著的变化。焊接质量。焊接残余应力与裂纹的存在对焊接构件的断裂起着重要的作用，尤其是厚的焊接构件，由于其拘束度大，在焊接后往往有很高的拉伸残余应力.工作介质。较高的应力水平，则与特定腐蚀介质的协调作用下极易产生应力腐蚀而导致脆性断裂。 铝合金在氯化钠水溶液、海水等介质中产生的断裂；铜合金在氨气、氨的水溶液等介质中产生的断裂都是由于构件本身存在应力，且在特定腐蚀介质环境下工作而产生应力腐蚀断裂。特别是高强度钢构件，如果在较低的静载荷下发生突然的断裂事故，就应考虑是否发生了应力腐蚀或氢脆而造成的破坏。 材料和组织因素。脆性材料、劣等冶金质量，有氢脆倾向的材料

17、以及缺口敏感性大的钢种都能促使发生脆性断裂。d防止脆性断裂的途径 为确保构件在使用中的安全，传统的强度计算是以材料的屈服点作为设计依据，这种设计不可能避免构件的脆性断裂。因为传统设计不包含脆性强度概念，没有考虑缺陷大小、温度、加载速度、构件尺寸效应、三向应力状态等引起脆性断裂的因素。 设计者在选择材料时，除考虑材料的强度外，还应保证材料有足够的韧性。应该从断裂力学的观点来选择材料，若材料有较高的断裂韧性时，则构件中允许有较大的缺陷存在。结构设计应控制影响脆断的因素如下：构件的最低工作温度和构件的应力状态；承受的载荷类型(交变载荷、冲击载荷等)；环境腐蚀介质。在结构设计时，应使得由缺陷所产生的应

18、力集中减小到最低限度，例如减少尖锐角，消除未熔合与未熔透的焊缝，结构设计时应尽量保证结构几何尺寸的连续性。设计焊接结构时应尽量减少和避免焊缝集中和重叠交叉。需采用较好的焊接方法，保证熔透，尽量避免焊缝表面缺陷。在条件允许的情况下焊接结构应尽量消除焊接残余应力。二、断裂过程与物理本质 金属的塑性变形过程和断裂过程是同时发生的，而断裂过程通常又可以分为裂纹生核和裂纹扩展两个阶段。 从力学角度看，金属多晶体在外力的作用下发生塑性变形的初始阶段并不是在所有晶粒内同时发生，而首先在位向有利的晶粒（即外力对其滑移系统具有最大切应力的晶粒）中以滑移或孪晶方式发生塑性变形。 从位错理论的观点来看：金属的塑性变

19、形实质上是位错在滑移面上运动和不断增殖的过程。 金属断裂的基本过程 一、微裂纹的萌生机理 金属发生断裂，先要形成微裂纹。这些微裂纹主要来自两个方面：一是材料内部原有的，如实际金属材料内部的气孔、夹杂、微裂纹等缺陷；二是在塑性变形过程中，由于位错的运动和塞积等原因而使裂纹形核。随着变形的发展导致裂纹不断长大，当裂纹长大到一定尺寸后，便失稳扩展，直至最终断裂。 裂纹形核理论 1位错塞积理论 2位错反应理论 3位错墙侧移理论 4位错消毁理论 1位错塞积理论 位错塞积引起裂口胚芽示意图2位错反应理论 图3-71表示在相交的滑移面上，由于位错反应发生了同号位错的聚合，便形成了微裂纹。在体心立方中，两位错

20、相遇反应的结果，可在解理面上形成不易滑移的001刃型位错，刃型位错的合并即是体心立方的解理面（001）面上形成解理裂纹。 3位错墙侧移理论 由于刃型位错的垂直排列构成了位错墙，同时引起滑移面的弯折而使裂口形核（图3-72），裂口面将是和滑移面重合。密排六方金属沿滑移面断裂的原因正是这一理论。 4位错消毁理论 在外力作用下位错发生相对运动，若两个相距为h10个原子间距的平行滑移面上，存在有异号刃型位错，当它们相互接近后，就会彼此合并而消毁，便在中心处形成孔隙，随着滑移的进行，孔隙逐渐扩大，形成长条形空洞（图3-73）。 二、裂纹的扩展 金属材料在塑性变形过程中形成微裂纹（或空洞），并不意味着材料

21、即将断裂，从微裂纹形成到导致金属的最终断裂是一个扩展过程，这个过程与材料的性质、应力状态等外部条件密切相关。 塑性-脆性转变 塑性与脆性并非金属固定不变的特性，像金属钨，虽在室温下呈现脆性，但在较高的温度下却具有塑性。在拉伸时为脆性的金属，在高静水压力下却呈现塑性。在室温下拉伸为塑性的金属，在出现缺口、低温、高变形速度时却可能变得很脆。所以，金属是韧性断裂还是脆性断裂，取决于各种内在因素和外在条件。 一般的金属与合金（面心立方者除外）有塑性-脆性转变的现象。如果改变试验温度，就可以发现存在有一个转变温度Tc，在Tc以上，断裂是韧性的，在Tc以下，断裂就是脆性的。 图3-74a表示了不同金属断面

22、收缩率随温度变化的情况，在转变温度处断面收缩率突然下降。如果温度保持不变，而将其他参数改变，例如改变晶粒度、屈服强度、变形速度、应力状态（用不同深度的缺口来影响应力状态，缺口越深、转变温度越高、造成所谓缺口脆性）等，如图3-74b所示，同样也可以出现塑性-脆性转变现象。 (4) 疲劳断裂 金属材料在交变载荷作用下，经过一定的周期后所发生的断裂叫做疲劳断裂。 生活经验 用力拉一根铁丝很难拉断，反复地弯这根铁丝却能将它折断。 工程中的零件或构件的破坏80%以上是由于疲劳引起。21. 疲劳断裂失效的基本形式 机械零件疲劳断裂失效形式很多。 按交变载荷的形式不同，可分为拉压疲劳、弯曲疲劳、扭转疲劳、接

23、触疲劳、振动疲劳等； 按疲劳断裂的总周次的大小（Nf）可分为高周疲劳（Nf105）和低周疲劳（Nf104）； 按零件服役的温度及介质条件可分为机械疲劳（常温、空气中的疲劳）、高温疲劳、低温疲劳、冷热疲劳及腐蚀疲劳等。 但其基本形式只有两种，即由切应力引起的切断疲劳及由正应力引起的正断疲劳。其它形式的疲劳断裂，都是由这两种基本形式在不同条件下的复合。疲劳断裂的基本形式和特征24.1 疲劳断裂的基本形式和特征21.1、切断疲劳失效 切断疲劳初始裂纹是由切应力引起的。切应力引起疲劳初裂纹萌生的力学条件是：切应力缺口切断强度1；正应力缺口正断强度1。 切断疲劳的特点是：疲劳裂纹起源处的应力应变场为平面

24、应力状态；初裂纹的所在平面与应力轴约成45角，并沿其滑移面扩展。 由于面心立方结构的单相金属材料的切断强度一般略低于正断强度，而在单向压缩、拉伸及扭转条件下，最大切应力和最大正应力的比值（即软性系数）分别为2.0、0.5、0.8，所以对于这类材料，其零件的表层比较容易满足上述力学条件，因而多以切断形式破坏。例如铝、镍、铜及其合金的疲劳初裂纹，绝大多数以这种方式形成和扩展。低强度高塑性材料制作的中小型及薄壁零件、大应力振幅、高的加载频率及较高的温度条件都将有利于这种破坏形式的产生。4.1 疲劳断裂的基本形式和特征21.2、正断疲劳失效 正断疲劳的初裂纹，是由正应力引起的。初裂纹产生的力学条件是：

25、正应力缺口正断强度1，切应力缺口切断强度1。 正断疲劳的特点是：疲劳裂纹起源处的应力应变场为平面应变状态；初裂纹所在平面大致上与应力轴相垂直，裂纹沿非结晶学平面或不严格地沿着结晶学平面扩展。 大多数的工程金属构件的疲劳失效都是以此种形式进行的。特别是体心立方金属及其合金以这种形式破坏的所占比例更大；上述力学条件在试件的内部裂纹处容易得到满足，但当表面加工比较粗糙或具有较深的缺口、刀痕、蚀坑、微裂纹等应力集中现象时，正断疲劳裂纹也易在表面产生 高强度、低塑性的材料、大截面零件、小应力振幅、低的加载频率及腐蚀、低温条件均有利于正断疲劳裂纹的萌生与扩展。 4.1 疲劳断裂的基本形式和特征 (4) 疲

26、劳断裂a疲劳断裂的特征 疲劳载荷是交变载荷，其载荷形式虽然有许多变化，但其基本形式有三种：反向载荷、单向载荷及单向导前载荷，实际构件的实际运转的疲劳载荷波谱是多种多样的。不论疲劳载荷如何多变，其基本特点是载荷随时间而交变(应力波形、应力大小、应力方向)。 构件疲劳断裂是在载荷经多次循环，如几十次或几百万次以后才发生的。一般将断裂循环次数N104的疲劳称为高周疲劳。有的以105为界限。疲劳断裂应力远小于抗拉强度b常常小于静载下的屈服点s 。材料的疲劳性能通常用疲劳曲线(N曲线)来表示。疲劳极限r ，是试样无限循环而不破坏的最高应力。在疲劳极限以下的应力运转，具有无限寿命；在疲劳极限以上的应力运转

27、，具有有限的寿命。实际构件的疲劳寿命往往低于实验室疲劳试验的小试样的寿命。这是由于实际构件的实际因素(表面应力状态、表面质量、尺寸因素、冶金质量和热处理质量等) 影响的结果。疲劳破坏只可能在有使材料分离扯开的交变拉伸(或挤压)和交变剪切应力的情况下出现，交变的纯压缩载荷不会出现疲劳破坏，压应力使裂纹闭合而不会使裂纹扩展。很多构件的最大拉应力在材料的表面，加上表面容易出现工艺缺陷和应力集中，所以疲劳源通常出现于构件的表面。有时因经热处理和表面强化，疲劳源也可能出现在亚表面。只有当材料内部存在缺陷，例如夹杂物、内部裂纹等，疲劳源才可能出现在构件内部。疲劳断裂与其他形式断裂一样，经历疲劳裂纹萌生、疲

28、劳裂纹稳定扩展与快速断裂三个过程，与其他一次载荷断裂不同，它是一种累进式的断裂。其最突出的显微特征是裂纹内表面存在着大量的、相互平行的条纹，称为“疲劳辉纹”。是裂纹前沿随交变载荷变化向前推进留下的痕迹。疲劳裂纹在扩展到一定的深度后，由于剩余工作截面减少，应力逐渐增加，裂纹加速扩展。当剩余面积小到不足以承受载荷时，在交变应力作用下，即发生突然的静力破坏。疲劳断裂在断口附近没有宏观的塑性变形，因此，疲劳断裂在宏观上往往被称为脆性断裂。14.4 S-N曲线及疲劳极限的测定一、疲劳的强度指标 试验表明：在某一循环特性下，若最大应力不超过某一极限值，则材料可经受无限次应力循环而不发生疲劳。 通常将最大应

29、力的这一极限值称为材料在循环特性r 时的疲劳极限（持久极限），用表示r。 疲劳极限是衡量材料疲劳失效的强度指标 疲劳极限与循环特性有关 对称循环时的疲劳极限最小 对称循环是交变应力中的最危险情况一、疲劳的强度指标14.4 S-N曲线及疲劳极限的测定二、疲劳极限的测定方法疲劳极限的测定： 2.第一根试样承受max0.7b ； 通常在纯弯曲变形下测定对称循环时的疲劳极限-1测定步骤： 1.准备610个d =710 mm光滑小试样； 3.逐步减小max，直到循环次数很大时，得到 -1=max。二、疲劳极限的测定方法14.4 S-N曲线及疲劳极限的测定二、疲劳极限的测定方法F522431Fa/21试样

30、2夹头3计数器4电机5传动轴6重物+aa6二、疲劳极限的测定方法疲劳极限的测定： 通常在纯弯曲变形下测定对称循环时的疲劳极限-114.4 S-N曲线及疲劳极限的测定二、疲劳极限的测定方法 以最大应力为纵坐标，循环次数(寿命)为横坐标，将疲劳试验结果描绘成的曲线，称为应力寿命曲线或S-N曲线。二、疲劳极限的测定方法14.4 S-N曲线及疲劳极限的测定二、疲劳极限的测定方法常温试验结果表明： 若钢材经过107次循环仍未疲劳，则再增加循环次数，也不会疲劳。钢材的疲劳极限经107次循环仍未发生疲劳的最大 循环基数N0=107循环次数 应力二、疲劳极限的测定方法在微观认识上，高周疲劳与低周疲劳的变形特征

31、有程度上的差异。在高周疲劳中，应力标称是弹性的，构件在破坏之前仅发生极小的总变形；而在低周疲劳中，应力往往大到足以使每个循环周期产生可观的塑性变形。对同种材料，低周疲劳比高周疲劳更具韧性特征。b疲劳断裂的断口形态 断口的宏观形态：疲劳源区形成较早，裂纹反复张合时相互摩擦次数多，一般较平整和光滑，源区可以是一个或多个，源区愈多，反映外加应力愈高，应力集中位置愈多或应力集中系数愈大。多源断口的源区存在台阶，比较粗糙。工程构件的裂纹稳定扩展区通常形成海滩花样或贝壳花样，这是由于实际载荷间歇停顿、幅值或频率改变引起裂纹扩展变化形成的圆弧线，称为疲劳弧线，疲劳源位于疲劳弧线凹的一方，像弧线发射中心。实验

32、室试验时，载荷稳定，一般难于观察到宏观疲劳弧线。快速断裂区特征与静拉伸快速断裂区相似，视金属材料塑性高低显示韧性断裂斜断口或脆性断裂平断口。 疲劳断口宏观三个区的比例决定于应力状态、试样形状及材料力学性能。如高周疲劳应力水平低、试样材质均匀无缺口、材料力学性能高，则终断区面积较小。疲 劳 Fatigue低碳钢低周拉拉疲劳试件的断口疲 劳 Fatigue疲 劳 Fatigue断口的显微形貌。疲劳断口的显微形貌最突出的特征是疲劳辉纹及轮胎压痕花样，常作为疲劳断裂判断依据。 疲劳辉纹是一系列基本相互平行的条纹，略带弯曲，呈波浪状，并与裂纹扩展方向相垂直。每一条疲劳辉纹表示该循环下疲劳裂纹扩展前沿在前

33、进过程中瞬时微观位置，辉纹的数目与载荷循环次数相等。 在疲劳断口上有时可见到类似汽车轮胎走过泥地时留下的痕迹，这种花样称为轮胎压痕花样，它是由于疲劳断口两个匹配断面之间重复冲击和相互运动所形成的机械损伤；也可能是由于松动的自由粒子(硬质点)在匹配断面上作用的结果。c疲劳断裂的原因及改进措施： 表面状态。疲劳断裂多数起源于构件的表面，这是由于工作时表面应力最高，加上各类加工工艺程序难以确保表面加工质量而造成的。因此，提高构件的表面加工质量及强化表面处理是提高构件疲劳抗力的重要途径。 缺口效应与应力集中。在缺口的根部及其附近有高的峰值应力和形成应力集中区。缺口效应大大降低材料的疲劳强度。材料的抗拉

34、强度愈高，缺口对疲劳强度削弱愈大，高强度材料削弱最严重。因此构件应避免应力集中，缺口结构设计一定要考虑疲劳断裂问题，避免选用缺口敏感的材料。 残余应力。工艺制造上应避免残余拉应力的产生，或使构件表面诱发产生残余压应力 (如喷丸、滚压等)。采取有效的焊后热处理以降低或消除焊后残余应力。 材料本质。不同的材料有不同的疲劳抗力，一般可从疲劳强度与抗拉强度的比值，即疲劳比反映出来。中低强度钢疲劳比为0.5，灰口铸铁为0.42，球墨铸铁为0.48，188铬镍奥氏体不锈钢为0.38。对于高强度钢，尽管抗拉强度大于1400MPa，疲劳强度也不超过700 MPa，因此高强度钢容易引发疲劳裂纹。疲劳强度与抗拉强

35、度之比不遵循线性关系。材料一定时，其洁净度和组织状态对疲劳抗力也有显著的影响。材料中的夹杂物可以成为疲劳裂纹源，导致疲劳抗力降低。 温度与腐蚀介质。高温使金属材料强度降低，低温使金属材料脆性增加，疲劳裂纹都容易形成和扩展，降低了疲劳抗力。 腐蚀介质对构件表面损伤诱发疲劳裂纹源，使钢铁材料的疲劳强度随使用时间增加而降低，使钢铁材料疲劳曲线上的水平部分消失。 设计选材必须考虑环境条件因素，预防疲劳断裂发生。缺口敏感性 ：材料由于存在缺口（切口、尖角、沟槽、横孔等截面急剧变化之处）所引起的局部应力集中导致其名义“强度”降低的程度；此处所说的“强度”，可以是抗拉强度、抗弯强度、冲击韧度或疲劳强度等。

36、6.1.3 表面损伤 (1) 腐蚀 腐蚀是材料表面与服役环境发生物理或化学的反应使材料发生损坏或变质的现象。随着过程装备的大型化及向高压、高温、高流速开拓，材料的腐蚀更显严重。腐蚀造成的损失是巨大的。 据统计，全球工业装备因腐蚀而产生的经济损失占全球生产总值的24，中国2008年统计，腐蚀经济损失高达9000亿人民币，占国民生产总值4。目前中国每年有30的钢铁因腐蚀而报废，其中10不能回收。在化工、石油、轻工、能源等行业中，约60的装备失效与腐蚀有关。耐蚀性 指材料抵抗环境介质腐蚀 的能力腐蚀性 指环境介质腐蚀材料的强 弱程度腐蚀过程的本质 金属 金属化合物 G0， 自发过程 不可逆过程腐蚀的

37、危害 造成巨大的经济损失造成金属资源和能源的浪费造成设备的破坏事故阻碍新技术的发展经济损失包括直接损失和间接损失直接损失：指采用防护技术的费用和发生腐蚀破坏以后的维修、更换费用和劳务费用。间接损失：指设备发生腐蚀破坏造成停工、停产；跑、冒、滴、漏造成物料流失；腐蚀使产品污染，质量下降，设备效率降低，能耗增加；在计算壁厚时需增加腐蚀裕度，造成钢材浪费等。按腐蚀机理及腐蚀形态是两种常用的分类方法。 a按腐蚀机理分类有三种类型：化学腐蚀、电化学腐蚀与物理腐蚀。 化学腐蚀是指金属表面与非电解质直接发生纯化学作用而引起的破坏，在化学腐蚀过程中不产生电流。 如钢在高温下最初的氧化是通过化学反应而完成的，金

38、属材料在不含水的有机溶剂中的反应也属于化学腐蚀。 电化学腐蚀是指金属表面与电解质因发生电化学作用而产生的破坏，按电化学机理进行的腐蚀至少包含一个阳极反应和一个阴极反应，并以流过金属内部的电流和介质中的离子流联系在一起。阳极反应是金属离子从金属转移到介质中并放出电子的阳极氧化过程；阴极反应是介质中氧化剂组分得到来自阳极的电子的还原过程。金属材料在潮湿的空气、海水及电解质溶液中的腐蚀都属于电化学腐蚀。物理腐蚀是指金属材料由于单纯的物理作用所引起的材料恶化或损失。例如用来盛放熔融锌的钢容器，由于钢铁被液态锌所溶解，钢容器逐渐变薄了；近年来引起广泛关注的金属尘化，也是一种物理作用的高温气相腐蚀，金属尘

39、化一般是指一些金属(如铁、镍、钴及其合金)在高温碳(碳氢、碳氧气体)环境下碎化为由金属碳化物、氧化物、金属和碳等组成的混合物而致金属损失的行为，由于金属尘化通常与金属材料的渗碳有关，而且腐蚀速度较快，所以又称为灾难性渗碳腐蚀。b按腐蚀形态分类 可把腐蚀分为全面腐蚀(均匀腐蚀)和局部腐蚀。 均匀腐蚀在材料整个暴露表面上或者在大面积上产生程度基本相同的腐蚀称为均匀腐蚀，又称全面腐蚀。均匀腐蚀使材料厚度均匀减薄，承载能力逐渐下降而失效。如果构件设计时考虑足够的腐蚀裕度，则能在设计寿命内安全使用。 局部腐蚀常见类型有点蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀开裂、氢腐蚀和腐蚀疲劳等，而其中最常见又最危险的是应力腐蚀开裂

40、。 点腐蚀 在材料表面出现个别深坑或密集斑点的腐蚀称为点腐蚀，又称孔蚀或小孔腐蚀。蚀孔直径小，一般只有数十微米，且蚀孔比较深。点蚀是具有破坏性的和隐藏的腐蚀形态之一，它常常使得构件在整个失重还很小的时候，承载能力下降或孔蚀穿透而致失效。蚀孔常被腐蚀产物遮盖，不易被发现。大多数点蚀是由于含氯离子的溶液腐蚀钝化金属而引起的。金属由于介质的作用生成的腐蚀产物如果具有致密的结构，形成了一层薄膜（往往是看不见的），紧密覆盖在金属的表面，则改变了金属的表面状态，使金属的电极电位大大向正方向跃变，而成为耐蚀的钝态。 孔蚀孔蚀即小孔腐蚀，亦称点蚀。腐蚀破坏形态是金属表面局部位置形成蚀孔或蚀坑，一般孔深大于孔径

41、。 腐蚀的破坏特征 破坏高度集中 蚀孔的分布不均匀蚀孔通常沿重力方向发展 蚀孔口很小，而且往往覆盖有固体沉积物，因此不易发现。 孔蚀发生有或长或短的孕育期(或诱导期)。 孔蚀的引发 孔蚀的形成可分为引发和成长(发展)两个阶段。在钝态金属表面上，蚀孔优先在一些敏感位置上形成，这些敏感位置(即腐蚀活性点)包括： 晶界(特别是有碳化物析出的晶界)，晶格缺陷 。非金属夹杂，特别是硫化物,如FeS、MnS，是最为敏感的活性点。 钝化膜的薄弱点(如位错露头、划伤等)。 孔蚀的影响因素 金属材料 能够鈍化的金属容易发生孔蚀，故不锈钢 比碳钢对孔蚀的敏感性高。金属钝态愈稳定，抗孔蚀性能愈好。孔蚀最容易发生在

42、钝态不稳定的金属表面。 对不锈钢，Cr、Mo和N有利于提高抗孔蚀能力。 (2) 环境 活性离子能破坏钝化膜，引发孔蚀。一般认为，金属发生孔蚀需要Cl- 浓度达到某个最低值(临界氯离子浓度)。这个临界氯离子浓度可以作为比较金属材料耐蚀性能的一个指标，临界氯离子浓度高，金属耐孔蚀性能好 。缓蚀性阴离子:缓蚀性阴离子可以抑制孔蚀的发生。 pH值 在较宽的pH值范围内，孔蚀电位Eb与溶液pH值关系不大。当PH10，随PH值升高，孔蚀电位增大，即在碱性溶液中，金属孔蚀倾向较小。温度温度升高，金属的孔蚀倾向增大。当温度低于某个温度，金属不会发生孔蚀。这个温度称为临界孔蚀温度(CPT) ，CPT愈高，则金属

43、耐孔蚀性能愈好。 流动状态 在流动介质中金属不容易发生孔蚀，而在停滞液体中容易发生，这是因为介质流动有利于消除溶液的不均匀性，所以输送海水的不锈钢泵在停运期间应将泵内海水排尽。 缝隙腐蚀 金属之间或金属与非金属之间形成很小的缝隙(一般01mm宽度)，使缝隙内介质处于静滞状态，引起缝内金属加速腐蚀的一种局部腐蚀。许多金属构件如法兰连接面、螺母压紧面、锈层等，在金属表面上形成了缝隙，缝内外难以进行介质交换，形成氧浓差电池，促使Cl一进入缝隙，在水解酸化和自催化作用下，引起严重的缝隙腐蚀。晶间腐蚀 局限在金属晶界，晶粒本身腐蚀比较小。晶间腐蚀降低金属晶粒之间的结合力，容易造成晶粒脱落或使材料强度明显

44、下降。晶间腐蚀不易被发现，常常造成构件突然破坏，危害性很大。缝隙腐蚀 缝隙腐蚀是指腐蚀破坏发生在金属表面上的缝隙部位，在缝隙内区域，腐蚀破坏形态可以是蚀孔，蚀坑，也可能是全面腐蚀。 缝隙种类 机器和设备上的结构缝隙 固体沉积(泥沙、腐蚀产物等)形成的缝隙。 金属表面的保护模 (如瓷漆、清漆、磷化层、金属涂层)与金属基体之间形成的缝隙。 缝隙尺寸 造成缝隙腐蚀的缝隙是狭缝，一般认为其尺寸在0.025 0.1毫米范围。宽度太小则溶液不能进入，不会造成缝内腐蚀；宽度太大则不会造成物质迁移困难，缝内腐蚀和缝外腐蚀无大的差别。 影响因素 （1）金属材料 几乎所有的金属材料都会发生缝隙腐蚀 ，钝态的金属对

45、缝隙腐蚀最为敏感 。（2）环境几乎所有溶液中都能发生缝隙腐蚀，以含溶解氧的中性氯化物溶液最常见 。评定方法 （同孔蚀） 86420 12 24 36 48-0.9-0.7-0.5-0.1 0 0.1 2 4 6 8缝隙宽度: 1 3.5mm 2 2.7mm 3 2.0mm氧浓度(升/毫克)时间(小时)缝隙内海水中氧浓度的变化 玻璃-钛缝隙123氧浓度(毫克/升)海水中氧的浓度对铝合金和钛合金电位的影响转引自P48.49铝合金 闭塞腐蚀电池理论 闭塞电池的概念由于闭塞的几何条件（缝隙、孔蚀、裂纹）造成溶液的停滞状态，使物质的迁移困难，结果使闭塞区内腐蚀条件强化，闭塞区内外电化学条件形成很大的差异

46、，结果闭塞区内金属表面发生活性溶解腐蚀，使孔蚀和缝隙腐蚀以很大的速度扩展。闭塞腐蚀电池的工作过程 （1）缝隙内氧的贫乏 由于缝隙内贫氧，缝隙内外形成氧浓差电池。缝隙内金属表面为阳极，缝外自由表面为阴极。（2）金属离子水解、溶液酸化（3） 缝隙内溶液pH值下降，达到某个临界值，不锈钢表面钝化膜破坏，转变为活态，缝隙内金属溶解速度大大增加。（4）上述过程反复进行，互相促进，整个腐蚀过程具有自催化特性。 eeeeeeeeo2OH-OH-M+M+o2Na+Na+Na+Cl-M+o2OH-o2OH-M+o2OH-M+Cl-Na+eeeo2OH-OH-o2M(OH)2M+M+M+M+M+M+Cl-M+M+

47、Cl-M+M+M+Cl-Cl-M+Cl-Cl-Na+o2Cl-o2o2OH-初期阶段后期阶段金属在海水中（中性氯化物溶液）缝隙腐蚀局部腐蚀 孔蚀和缝隙腐蚀的比较 孔蚀和缝隙腐蚀有许多相同之处。首先，腐蚀依赖于钝态的金属材料在含氯化物的溶液中容易发生，造成典型的局部腐蚀。其次，孔蚀和缝隙腐蚀成长阶段的机理都可以用闭塞电池自催化效应说明。 但孔蚀和缝隙腐蚀也有许多不同之处。第一，孔蚀的闭塞区是在腐蚀过程中形成的，闭塞程度较大；而缝隙腐蚀的闭塞区在开始就存在，闭塞程度较小。 第二，孔蚀发生需要活性离子(如Cl- 离子)，缝隙腐蚀则不需要，虽然在含Cl- 离子的溶液中更容易发生，第三，孔蚀的临界电位E

48、b较缝隙腐蚀临界电位Eb高，Eb与Erp之间的差值较缝隙腐蚀小(在相同试验条件下测量)，而且在Eb与Erp之间的电位范围内不形成新的孔蚀，只是原有的蚀孔继续成长，但在这个电位范围内缝隙腐蚀既可以发生也可以成长。 晶间腐蚀 晶间腐蚀指腐蚀主要发生在金属材料的晶粒间界区，沿着晶界发展，即晶界区溶解速度远大于晶粒溶解速度。发生晶间腐蚀的电化学 条件（1）晶粒和晶界区的组织不同，因而电化学性质存在显著差异。内因（2）晶粒和晶界的差异要在适当的环境下才能显露出来。 外因 不锈钢的晶间腐蚀 敏化热处理 不锈钢的晶间腐蚀常常是在受到不正确的热处理以后发生的，使不锈钢产生晶间腐蚀倾向的热处理叫做敏化热处理。奥

49、氏体不锈钢的敏化热处理范围为450C850C。当奥氏体不锈钢在这个温度范围较长时间加热(如焊接)或缓慢冷却，就产生了晶间腐蚀敏感性。铁素体不锈钢的敏化温度在900C以上，而在700-800C退火可以消除晶间腐蚀倾向。 应力腐蚀开裂(SCC) 是材料在特定的腐蚀性介质与拉应力共同作用下引起的，材料发生应力腐蚀时，腐蚀与拉应力是互相促进的。开始是腐蚀过程的集中或是应力的集中在材料表面处形成微裂纹，继而裂纹向材料内部扩展，其扩展方向与主应力方向垂直，既有沿晶裂纹，又可有穿晶裂纹，在主干裂纹延伸的同时有很多分支。随着裂纹的进一步扩展，尽管构件是塑性材料制造的，最后也导致脆性断裂。引起应力腐蚀开裂的应力

50、来源可以是外加的，也可以是构件制造的残余应力。对于应力腐蚀开裂来说，焊接和冷加工的残余应力有时是最主要的。 应力腐蚀 应力腐蚀是应力和环境腐蚀的联合作用造成的金属破坏。在固定(静止)应力情况，称为应力腐蚀破裂(或应力腐蚀开裂)，记为SCC；在循环应力情况，称为腐蚀疲劳， 记为CF。 特征 主要是合金发生SCC，纯金属极少发生 对环境的选择性 形成了所谓“SCC的材料环境组合”。 金属或合金腐 蚀 介 质软钢碳钢和低合金钢奥氏体不锈钢铜和铜合金镍和镍合金蒙乃尔合金铝合金铅镁NaOH,硝酸盐溶液,(硅酸纳+硝酸钙)溶液42%Mgcl2溶液,HCNNaCIO溶液,海水,H2S水溶液氯化物溶液,高温高

51、压蒸馏水氨蒸气,汞盐溶液,含SO2大气NaOH水溶液,HF酸,氟硅酸溶液熔融Nacl,Nacl水溶液,海水,水蒸气,含SO2大气Pb(AC)2溶液海洋大气,蒸馏水,Kcl-K2CrO4溶液产生应力腐蚀破裂的材料-介质组合 (局部腐蚀)(3) 只有拉应力才引起SCC，压应力反而会阻止或延缓SCC的发生。 (4) 裂缝方向宏观上和拉引力垂直，其形态有晶间型，穿晶型，混合型。 (5) SCC有孕育期，因此SCC的破断时间tf可分为孕育期，发展期和快断期三部分。 (6)发生SCC的合金表面往往存在钝化膜或其他保护膜，在大多数情况下合金发生SCC时均匀腐蚀速度很小，因此金属失重甚微。 低于某个临界值th

52、时，材料不发生破裂，th称为SCC临界应力。th愈大，材料耐SCC性能愈好。 腐蚀因素（1）SCC对环境有选择性（2）氧化剂的存在有决定性作 用（3）温度有着重要的影响。一般来说，温度升高，材料发生SCC的倾向增 大。 （4）干湿交替环境使有害离子浓缩，SCC更容易发生 。 冶金因素 合金的化学成分、热处理、组织结构、加工状态对其SCC敏感性都有影响。 对于奥氏体不锈钢在氯化物溶液中的SCC来说，提高Ni含量，加入硅、铜，有利于提高抗SCC性能。 增加碳含量也有利于提高耐SCC性能，但含碳量大则容易产生晶间性SCC。 应力腐蚀破裂的机理 SCC的机理有两种：阳极溶解(AD)机理氢致开裂(HIC

53、)机理。 氢腐蚀 常见于碳钢或低合金钢在温度高于200300、一定的氢分压工作条件下。吸附在钢表面的氢原子沿晶界向钢材内部扩散，在高温高压下与钢中不稳定碳化物发生反应生成甲烷。甲烷积聚使钢材内部产生很大的内应力，并伴随着脱碳、显微裂纹以及宏观鼓泡的形成，其结果使材料强度及韧性大大下降，严重时使构件断裂。 氢损伤 金属材料在高温氢气作用下发生机械性能劣化的现象叫做氢损伤。 （1）氢脆 把氢对金属的物理作用所引起的损伤叫做氢脆。即氢溶解于金属中形成固溶体，氢原子在金属的缺陷中复合为氢分子。 （2）氢腐蚀 把氢与金属化学作用引起的损伤叫做氢腐蚀。氢与钢中碳化物等第二相反应生成甲烷等气体。氢腐蚀比氢脆

54、的破坏作用大得多。 腐蚀疲劳 是构件材料在腐蚀性介质与交变应力共同作用下引起的，有疲劳断裂的特征。疲劳裂纹源往往是表面的腐蚀坑，腐蚀加速疲劳裂纹的扩展。裂纹穿晶分布并向内部扩展，只有主干裂纹，没有分支。腐蚀疲劳因降低材料疲劳强度而导致构件失效。腐蚀疲劳 在循环应力(交变应力)和腐蚀环境的联合作用下金属材料发生的严重腐蚀破坏叫做腐蚀疲劳(简记为CF)。 SN曲线和疲劳极限 在腐蚀环境中疲劳极限不存在，即在低应力下造成断裂的循环数仍与应力有关。为了便于对各种金属材料耐腐蚀疲劳性能进行比较，一般是规定一个循环次数(如107) ，从而得出名义的腐蚀疲劳极限，记为-1c。 腐蚀疲劳的特征 任何金属(包括

55、纯金属)在任何介质中都能发生腐蚀疲劳，即不要求特定的材料环境组合。 环境条件(腐蚀介质条件种类、温度、pH、氧含量等)对材料的腐蚀疲劳行为都有显著影响。 纯疲劳性能与循环频率无关，腐蚀疲劳性能与频率有关。 与应力腐蚀破裂相比，腐蚀疲劳裂纹主要为穿晶型。 对金属材料进行阴极极化,可使裂纹扩展速度明显降低。 腐蚀疲劳机理 一般是用金属材料的疲劳机理和电化学腐蚀作用结合来说明腐蚀疲劳的机理。 孔蚀或其他局部腐蚀造成缺口，缝隙，引起应力集中，造成滑移。滑移台阶的腐蚀溶解使逆向加载时表面不能复原，成为裂纹源。反复加载使裂纹不断扩展，腐蚀作用使裂纹扩展速度加快。 在交变应力作用下，滑移具有累积效应，表面膜

56、更容易遭到破坏。 磨损腐蚀 定义 高速流动的腐蚀介质(气体或液体)对金属材料造成的腐蚀破坏叫做磨损腐蚀(erosion-Corrosion)，简称磨蚀，也叫做冲刷腐蚀。 影响因素 耐磨损腐蚀性能与它的耐蚀性和耐磨性都有关系。表面膜的保护性能和损坏后的修复能力，对材料耐磨损腐蚀性能有决定性的作用。 (3)流速对金属材料腐蚀的影响是复杂的，当液体流动有利于金属鈍化时，流速增加将使腐蚀速度下降。流动也能消除液体停滞而使孔蚀等局部腐蚀不发生。只有当流速和流动状态影响到金属表面膜的形成、破坏和修复时，才会发生磨损腐蚀。 (4)液体中含量悬浮固体颗粒(如泥浆、料浆)或气泡，气体中含有微液滴 (如蒸气中含冷

57、凝水滴)，都使磨损腐蚀破坏加重。 典 型 腐 蚀 率 (mdd)1英尺/每秒(1)4英尺/每秒(2)27英尺/每秒(3)材 料碳钢铸铁硅青铜海革黄铜Hydraulic青铜G青铜铝青铜(10%Al)铝黄铜GO-10CuNi(0.8%Fe)TO-30CuNi(0.05%Fe)Monel(Ni70Cu30)316型不锈钢Hastelloy C钛 34 45 1 2 4 7 5 2 5 211110 72-22012-110-25427034317033923610599199394130 (1)浸入海潮中 (2)浸入人工海水沟中 (3)挂在浸没的转盘上不 同 流 速 的 海 水 对 金 属 的 腐

58、蚀 磨损腐蚀的两种重要形式 湍流腐蚀和冲击腐蚀 高速流体或流动截面突然变化形成了湍流或冲击，对金属材料表面施加切应力，使表面膜破坏，不规则的表面使流动方向更为紊乱，产生更强的切应力，在磨损和腐蚀的协同作用下形成腐蚀坑。（a）（b）（c）（d） 湍流造成磨损腐蚀坑的机理 根据C。LOSS等，转引自Conosion ProcessesP177空泡腐蚀 空泡腐蚀(Cavitation erosion)又叫气蚀、穴蚀。当高速流体流经形状复杂的金属部件表面，在液体中形成所谓空泡，在空泡内只有微量的水汽或低压的空气，因而和周围高压区形成很大的压力差，气泡受压力而破灭。气泡的反复生成和破灭产生很大的机械力使

59、表面膜局部毁坏，裸露出的金属受介质腐蚀形成蚀坑。蚀坑表面可再鈍化，气泡破灭再使表面膜破坏。有的文献上将摩振腐蚀(fretting)也划归磨损腐蚀 。（1）形成气泡 （2）气泡破灭，膜破坏 （3）重新成膜（4）形成新气泡 （5）气泡破灭，膜毁坏 （6）重新成膜 空泡腐蚀各步骤示意图 （根据 Henlee）冷焊前氧化颗粒接触点磨损 氧化理论氧化物层暴露的金属氧化物颗粒摩 振 腐 蚀 理 论 示 意 图过程装备大多在腐蚀环境下操作，目前还没有在各种腐蚀条件下均耐蚀的工程材料，因此要针对不同的工况采取不同的防腐措施。 选材。选择耐腐蚀材料制造过程装备构件。 保护。选择适当的表面覆盖层可以隔离金属表面与

60、腐蚀性介质的接触，有效的表面覆盖层能起到屏蔽作用。如各种电镀层、热浸镀和喷涂层、化学转化膜、有机和无机涂层等。 电化学保护可使金属材料腐蚀速度大大降低。常用牺牲阳极的阴极保护、外加电流阴极保护，在金属可以钝化时采用阳极保护。防护方法 电化学保护 阴极保护(1)保护原理 金属电解质溶液腐蚀体系受到阴极极化时，电位负移，金属阳极氧化反应过电位a 减小，反应速度减小，因而金属腐蚀速度减小，称为阴极保护效应。利用阴极保护效应减轻金属设备腐蚀的防护方法叫做阴极保护 。 (2) 两种阴极保护法 外加电流阴极保护所需保护电流是由直流电源(如蓄电池、直流发电机、整流器等)提供的；而牺牲阳极保护中所需保护电流是