Chapter6金属的应力腐蚀和氢脆断裂课件

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第六章金属的应力腐蚀和氢脆断裂一、应力腐蚀断裂现象第一节1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——应力腐蚀断裂又例：2二、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二、应力腐蚀断裂定义及产生条件危害：缓和的介质＋较小的应32应力腐蚀的特征①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②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6－1；Al-Mg合金系：WMg>4%时——①、②亦为产生的条件2应力腐蚀的特征4③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④应力腐蚀断裂速度(10－4-10－1cm/h)远大于工业上正常纯腐蚀速度(10－5cm/h)③只有合金才产生应力腐蚀，纯金属极少。④应力腐蚀断裂速度5三、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——裂纹扩展三、应力腐蚀断裂机理应力腐蚀断裂机理简图(2)阳极反应——62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2应力腐蚀断裂过程73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。3断口形貌(2)微观形貌特征:8Chapter6金属的应力腐蚀和氢脆断裂课件9光滑试样的应力腐蚀的σ－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、不发生应力腐蚀的临界应力σSCC早期：光滑试样，(应力＋介质)环境下，测定σ-tf(不同应力水平-断裂时间)关系曲线σSCC光滑试样的应力腐蚀的σ－tf关系曲线90%tf缺点：四、应力10

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KI－tf曲线

不发生应力腐蚀的最大应力场强度因子——KISCC2、应力腐蚀临界应力场强度因子KISCC某种钛合金预制裂纹11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，引入：应力腐蚀临界应力场强度因子KISCC12（3）断裂判据：①裂纹尖端KI初始≥KIC时，立即断裂。┗断裂判据②当KISCC<KI初始<KIC时，随KI初始↓，断裂时间↑。③KI初始<KISCC时，不断裂（3）断裂判据：13（4）KISCC测定方法：①预制裂纹试样＋化学介质，②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;③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。（4）KISCC测定方法：14五、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——减小应力集中五、预防应力腐蚀断裂的措施152、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(表6－1)4、采用电化学保护外加电位，使偏离腐蚀电位2、改善介质条件：16钝化膜破坏机理——阳极反应敏感型应力腐蚀两极反应：阳极：Fe→Fe2＋＋2e阴极：H+＋e→H；2H→H2↑

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钝化膜破坏机理第二节氢脆原子态氢：溶入钢中会引起17a应力腐蚀断裂b氢致延滞断裂a应力腐蚀断裂b氢致延滞断裂18

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一、氢脆概念类型：19类型脆化机制氢蚀氢与材料中第二相反应生成高压气体(例：钢中氢与碳化物生成CH4)，气体在晶界聚集造成脆性。白点(发裂)过饱和氢在金属中偏聚形成氢气，体积膨胀引起大的内应力，导致微裂纹，裂纹断面呈银白色椭圆状。氢脆类型及脆化机制类型脆化机制氢蚀氢与材料中第二相反应生成高压气体(例：钢中氢20类型脆化机制氢化物致脆氢和金属原子形成脆性氢化物。氢致延滞断裂含一定量固溶态氢的金属，在低于材料屈服强度的应力持续作用下，经过一段孕育期后，在金属内部尤其是三向拉应力区形成裂纹、裂纹逐步扩展、最后突然脆性断裂的现象。氢脆类型及脆化机制类型脆化机制氢化物致脆氢和金属原子形成脆性氢化物。氢致延滞断21二、氢致延滞断裂产生机理：当原子态氢结合成H2受阻时，原子态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。二、氢致延滞断裂产生机理：22三、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三、氢致延滞断裂的特点23(2)对温度敏感只在一定温度范围内出现。高强度钢：－100～150℃，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(2)对温度敏感24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形变速率与温度的综合作用：25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。WhenYouDoYourBest,FailureIsGreat,SoDon'TGiveUp,StickToTheEnd结束语26感谢聆听不足之处请大家批评指导PleaseCriticizeAndGuideTheShortcomings演讲人：XXXXXX时间：XX年XX月XX日

感谢聆听演讲人：XXXXXX时间：XX年27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第六章金属的应力腐蚀和氢脆断裂一、应力腐蚀断裂现象第一节28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——应力腐蚀断裂又例：29二、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二、应力腐蚀断裂定义及产生条件危害：缓和的介质＋较小的应302应力腐蚀的特征①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②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6－1；Al-Mg合金系：WMg>4%时——①、②亦为产生的条件2应力腐蚀的特征31③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④应力腐蚀断裂速度(10－4-10－1cm/h)远大于工业上正常纯腐蚀速度(10－5cm/h)③只有合金才产生应力腐蚀，纯金属极少。④应力腐蚀断裂速度32三、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——裂纹扩展三、应力腐蚀断裂机理应力腐蚀断裂机理简图(2)阳极反应——332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2应力腐蚀断裂过程343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。3断口形貌(2)微观形貌特征:35Chapter6金属的应力腐蚀和氢脆断裂课件36光滑试样的应力腐蚀的σ－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、不发生应力腐蚀的临界应力σSCC早期：光滑试样，(应力＋介质)环境下，测定σ-tf(不同应力水平-断裂时间)关系曲线σSCC光滑试样的应力腐蚀的σ－tf关系曲线90%tf缺点：四、应力37

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KI－tf曲线

不发生应力腐蚀的最大应力场强度因子——KISCC2、应力腐蚀临界应力场强度因子KISCC某种钛合金预制裂纹38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，引入：应力腐蚀临界应力场强度因子KISCC39（3）断裂判据：①裂纹尖端KI初始≥KIC时，立即断裂。┗断裂判据②当KISCC<KI初始<KIC时，随KI初始↓，断裂时间↑。③KI初始<KISCC时，不断裂（3）断裂判据：40（4）KISCC测定方法：①预制裂纹试样＋化学介质，②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;③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。（4）KISCC测定方法：41五、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——减小应力集中五、预防应力腐蚀断裂的措施422、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(表6－1)4、采用电化学保护外加电位，使偏离腐蚀电位2、改善介质条件：43钝化膜破坏机理——阳极反应敏感型应力腐蚀两极反应：阳极：Fe→Fe2＋＋2e阴极：H+＋e→H；2H→H2↑

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钝化膜破坏机理第二节氢脆原子态氢：溶入钢中会引起44a应力腐蚀断裂b氢致延滞断裂a应力腐蚀断裂b氢致延滞断裂45

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一、氢脆概念类型：46类型脆化机制氢蚀氢与材料中第二相反应生成高压气体(例：钢中氢与碳化物生成CH4)，气体在晶界聚集造成脆性。白点(发裂)过饱和氢在金属中偏聚形成氢气，体积膨胀引起大的内应力，导致微裂纹，裂纹断面呈银白色椭圆状。氢脆类型及脆化机制类型脆化机制氢蚀氢与材料中第二相反应生成高压气体(例：钢中氢47类型脆化机制氢化物致脆氢和金属原子形成脆性氢化物。氢致延滞断裂含一定量固溶态氢的金属，在低于材料屈服强度的应力持续作用下，经过一段孕育期后，在金属内部尤其是三向拉应力区形成裂纹、裂纹逐步扩展、最后突然脆性断裂的现象。氢脆类型及脆化机制类型脆化机制氢化物致脆氢和金属原子形成脆性氢化物。氢致延滞断48二、氢致延滞断裂产生机理：当原子态氢结合成H2受阻时，原子态H进入金属，氢在刃型位错处聚集，形成氢气