第7章應(yīng)力作用下的腐蝕

1、腐蝕與防護(hù)概論腐蝕與防護(hù)概論王王東第 7 章章 應(yīng)應(yīng)力作用下的腐蝕力作用下的腐蝕7.1 應(yīng)力腐蝕開裂應(yīng)力腐蝕開裂7.2 腐蝕疲勞腐蝕疲勞7.3 磨損腐蝕磨損腐蝕應(yīng)力的來源應(yīng)力的來源 外部外部： 直接作用在金屬上的載荷：直接作用在金屬上的載荷： 拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)等拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)等 通過接觸面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)、高速流體通過接觸面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)、高速流體 （含有固體顆粒的流動(dòng)）等施加在金屬表面上（含有固體顆粒的流動(dòng)）等施加在金屬表面上 內(nèi)部：內(nèi)部：加工、熱處理、表面處理等過程引入殘余應(yīng)力，加工、熱處理、表面處理等過程引入殘余應(yīng)力， 或腐蝕產(chǎn)物楔入引入擴(kuò)張應(yīng)力?；蚋g產(chǎn)物

2、楔入引入擴(kuò)張應(yīng)力。7.1 應(yīng)力腐蝕開裂應(yīng)力腐蝕開裂 Stress Corrosion CrackingSCC 受一定受一定拉伸應(yīng)力拉伸應(yīng)力作用的金屬材料在某些作用的金屬材料在某些特定的介質(zhì)特定的介質(zhì)中，中，由于腐蝕介質(zhì)和應(yīng)力的協(xié)同作用而發(fā)生的由于腐蝕介質(zhì)和應(yīng)力的協(xié)同作用而發(fā)生的脆性斷裂脆性斷裂現(xiàn)現(xiàn)象。象。材料發(fā)生材料發(fā)生SCC的實(shí)例的實(shí)例 碳鋼、低合金鋼的堿脆碳鋼、低合金鋼的堿脆 碳鋼、低合金鋼的硝脆碳鋼、低合金鋼的硝脆 奧氏體不銹鋼的氯脆奧氏體不銹鋼的氯脆 黃銅的氨脆黃銅的氨脆 鋁合金的鋁合金的SCC裂紋1、敏感的金屬材料、敏感的金屬材料 幾乎所有的金屬或合金在特定的介質(zhì)中幾乎所有的金屬或合

3、金在特定的介質(zhì)中 都有一定的都有一定的SCC敏感性敏感性 合金和含有雜質(zhì)的金屬比純金屬合金和含有雜質(zhì)的金屬比純金屬更容易產(chǎn)生更容易產(chǎn)生SCC 純度純度99.99%的的Cu在含氨介質(zhì)中不會(huì)發(fā)生腐蝕斷在含氨介質(zhì)中不會(huì)發(fā)生腐蝕斷 裂，但含有裂，但含有0.04%的的P和和0.01%的的Sb時(shí)則發(fā)生開裂時(shí)則發(fā)生開裂 純度純度99.99%的的Fe在硝酸鹽中很難開裂，在硝酸鹽中很難開裂， 但含但含0.04%C時(shí)則容易產(chǎn)生硝脆時(shí)則容易產(chǎn)生硝脆SCC需要同時(shí)具備三個(gè)條件需要同時(shí)具備三個(gè)條件:2、特定的腐蝕介質(zhì)、特定的腐蝕介質(zhì) 每種合金的每種合金的SCC只對(duì)某些特定的介質(zhì)敏感只對(duì)某些特定的介質(zhì)敏感 并不是任何介質(zhì)

4、都能引起并不是任何介質(zhì)都能引起SCC嚴(yán)重的全面腐蝕環(huán)境：難以發(fā)生嚴(yán)重的全面腐蝕環(huán)境：難以發(fā)生SCC合金在引起合金在引起SCC的環(huán)境中是惰性的，的環(huán)境中是惰性的，表面往往存在鈍化膜表面往往存在鈍化膜只需很少量的特定介質(zhì)就足以產(chǎn)生只需很少量的特定介質(zhì)就足以產(chǎn)生SCC 黃銅氨脆：空氣中少量氨氣黃銅氨脆：空氣中少量氨氣奧氏體不銹鋼：高純水中百萬分之幾氯離子奧氏體不銹鋼：高純水中百萬分之幾氯離子碳鋼：碳鋼：OH-溶液溶液低合金高強(qiáng)鋼：潮濕的大氣低合金高強(qiáng)鋼：潮濕的大氣3、足夠足夠大的大的拉伸應(yīng)力拉伸應(yīng)力 發(fā)生發(fā)生SCC必須有一定拉伸應(yīng)必須有一定拉伸應(yīng) 力的作用。力的作用。工作狀態(tài)下：承受外加載荷造成的工

5、作應(yīng)力工作狀態(tài)下：承受外加載荷造成的工作應(yīng)力在生產(chǎn)、制造、加工和安裝過程中：在生產(chǎn)、制造、加工和安裝過程中：材料內(nèi)部形成的熱應(yīng)力、形變應(yīng)力等殘余應(yīng)力材料內(nèi)部形成的熱應(yīng)力、形變應(yīng)力等殘余應(yīng)力裂紋內(nèi)腐蝕產(chǎn)物的體積效應(yīng)造成的楔入作用裂紋內(nèi)腐蝕產(chǎn)物的體積效應(yīng)造成的楔入作用陰極反應(yīng)形成的氫產(chǎn)生的應(yīng)力陰極反應(yīng)形成的氫產(chǎn)生的應(yīng)力應(yīng)力與斷裂時(shí)間的關(guān)系SCC的特征的特征1. 典型的滯后破壞典型的滯后破壞2. 裂紋分為晶間型、穿晶型和混合型裂紋分為晶間型、穿晶型和混合型3. 裂紋擴(kuò)展速度比均勻腐蝕快約裂紋擴(kuò)展速度比均勻腐蝕快約106倍倍4. 低應(yīng)力的脆性斷裂低應(yīng)力的脆性斷裂1. SCC是典型的滯后破壞是典型的滯后

6、破壞材料材料拉伸應(yīng)力拉伸應(yīng)力腐蝕介質(zhì)腐蝕介質(zhì)一定時(shí)間一定時(shí)間裂紋形核裂紋形核裂紋亞臨界擴(kuò)展裂紋亞臨界擴(kuò)展裂紋達(dá)到臨界尺寸裂紋達(dá)到臨界尺寸失穩(wěn)斷裂失穩(wěn)斷裂孕育期裂紋萌生階段，即裂紋源成核所需時(shí)間，孕育期裂紋萌生階段，即裂紋源成核所需時(shí)間， 約占整個(gè)時(shí)間的約占整個(gè)時(shí)間的90左右；左右；裂紋擴(kuò)展期裂紋成核裂紋擴(kuò)展期裂紋成核臨界尺寸臨界尺寸快速斷裂期由純力學(xué)作用裂紋失穩(wěn)瞬間斷裂快速斷裂期由純力學(xué)作用裂紋失穩(wěn)瞬間斷裂 整個(gè)斷裂時(shí)間與材料、介質(zhì)、應(yīng)力有關(guān)整個(gè)斷裂時(shí)間與材料、介質(zhì)、應(yīng)力有關(guān) 短則幾分鐘，長(zhǎng)可達(dá)若干年短則幾分鐘，長(zhǎng)可達(dá)若干年 應(yīng)力降低，斷裂時(shí)間延長(zhǎng)應(yīng)力降低，斷裂時(shí)間延長(zhǎng) 臨界應(yīng)力臨界應(yīng)力SCC

7、 臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子KI SCC 在此臨界值以下，不發(fā)生在此臨界值以下，不發(fā)生SCC2. 裂紋形態(tài)裂紋形態(tài)SCC裂紋分為晶間型、穿晶型和混合型三種裂紋分為晶間型、穿晶型和混合型三種 裂紋的途徑取決于材料與介質(zhì)裂紋的途徑取決于材料與介質(zhì) 同一材料因介質(zhì)變化，裂紋途徑也可能改變同一材料因介質(zhì)變化，裂紋途徑也可能改變 穿晶型：裂紋穿越晶粒擴(kuò)展，如奧氏體不銹鋼、鎂合金穿晶型：裂紋穿越晶粒擴(kuò)展，如奧氏體不銹鋼、鎂合金 晶間型：裂紋沿晶界擴(kuò)展，如軟鋼，鋁、銅及鎳的合金晶間型：裂紋沿晶界擴(kuò)展，如軟鋼，鋁、銅及鎳的合金 混合型：鈦合金混合型：鈦合金晶間型晶間型穿晶型穿晶型應(yīng)力腐蝕裂紋的主要特點(diǎn)是

8、：應(yīng)力腐蝕裂紋的主要特點(diǎn)是： 裂紋起源于表面裂紋起源于表面 裂紋的長(zhǎng)寬不成比例，相差幾個(gè)數(shù)量級(jí)裂紋的長(zhǎng)寬不成比例，相差幾個(gè)數(shù)量級(jí) 裂紋擴(kuò)展方向一般垂直于主拉伸應(yīng)力的方向裂紋擴(kuò)展方向一般垂直于主拉伸應(yīng)力的方向 裂紋一般呈樹枝狀裂紋一般呈樹枝狀3. SCC裂紋擴(kuò)展速度裂紋擴(kuò)展速度 擴(kuò)展速度較快擴(kuò)展速度較快 10-8-10-4mm/s比局部腐蝕快約比局部腐蝕快約106倍倍 比純機(jī)械斷裂速度低比純機(jī)械斷裂速度低1010倍倍4. 低應(yīng)力的脆性斷裂低應(yīng)力的脆性斷裂斷裂前沒有明顯的宏觀塑性變形斷裂前沒有明顯的宏觀塑性變形 脆性斷口解理、準(zhǔn)解理或沿晶脆性斷口解理、準(zhǔn)解理或沿晶 腐蝕腐蝕 斷口表面顏色暗淡，腐蝕

9、坑和二次裂紋斷口表面顏色暗淡，腐蝕坑和二次裂紋穿晶型斷口：河流花樣、扇形花樣、穿晶型斷口：河流花樣、扇形花樣、羽毛狀花樣羽毛狀花樣晶間型斷口：冰糖塊狀晶間型斷口：冰糖塊狀SCC機(jī)理機(jī)理 SCC機(jī)理可以分為兩大類：機(jī)理可以分為兩大類： 陽(yáng)極溶解型機(jī)理陽(yáng)極溶解型機(jī)理 奧氏體不銹鋼氯脆、黃銅的氨脆奧氏體不銹鋼氯脆、黃銅的氨脆 氫致開裂型機(jī)理氫致開裂型機(jī)理 高強(qiáng)鋼在水介質(zhì)中、濕硫化氫中的開裂高強(qiáng)鋼在水介質(zhì)中、濕硫化氫中的開裂 兩種機(jī)理作用兩種機(jī)理作用 鋁合金應(yīng)力腐蝕：陽(yáng)極溶解鋁合金應(yīng)力腐蝕：陽(yáng)極溶解+吸附氫吸附氫導(dǎo)致晶間應(yīng)力腐蝕開裂導(dǎo)致晶間應(yīng)力腐蝕開裂陽(yáng)極溶解型機(jī)理陽(yáng)極溶解型機(jī)理 在發(fā)生在發(fā)生SCC的

10、環(huán)境中，金屬表面通常被鈍化膜的環(huán)境中，金屬表面通常被鈍化膜覆蓋，金屬不與腐蝕介質(zhì)直接接觸覆蓋，金屬不與腐蝕介質(zhì)直接接觸 當(dāng)鈍化膜遭受局部破壞后，裂紋形核，并在應(yīng)當(dāng)鈍化膜遭受局部破壞后，裂紋形核，并在應(yīng)力作用下裂紋尖端沿某一擇優(yōu)路徑定向活化溶力作用下裂紋尖端沿某一擇優(yōu)路徑定向活化溶解，導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展，最終發(fā)生斷裂解，導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展，最終發(fā)生斷裂 A 膜局部破裂導(dǎo)致裂紋形核膜局部破裂導(dǎo)致裂紋形核 B 裂尖定向溶解導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展裂尖定向溶解導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展 C 斷裂斷裂鈍化膜局部破壞：電化學(xué)作用或機(jī)械作用鈍化膜局部破壞：電化學(xué)作用或機(jī)械作用1. 電化學(xué)作用電化學(xué)作用 通過點(diǎn)蝕或晶間腐蝕誘發(fā)通過點(diǎn)蝕或晶間腐蝕誘

11、發(fā)SCC裂紋：裂紋： 有點(diǎn)蝕：有點(diǎn)蝕：腐蝕電位比點(diǎn)蝕電位正腐蝕電位比點(diǎn)蝕電位正 鈍化膜局部擊穿鈍化膜局部擊穿 點(diǎn)蝕形成點(diǎn)蝕形成應(yīng)力作用下從點(diǎn)蝕坑底部誘發(fā)應(yīng)力作用下從點(diǎn)蝕坑底部誘發(fā)SCC裂紋；裂紋；無點(diǎn)蝕：無點(diǎn)蝕： 若電位處于活化鈍化或鈍化過鈍化的過渡區(qū)間若電位處于活化鈍化或鈍化過鈍化的過渡區(qū)間 鈍化膜不穩(wěn)定鈍化膜不穩(wěn)定 SCC裂紋容易在表面薄弱部位形核裂紋容易在表面薄弱部位形核(如晶間腐蝕如晶間腐蝕)；A 膜局部破裂導(dǎo)致裂紋形核膜局部破裂導(dǎo)致裂紋形核2. 機(jī)械作用：機(jī)械作用：膜的延展性或強(qiáng)度比基體金屬差膜的延展性或強(qiáng)度比基體金屬差受力變形后局部膜破裂受力變形后局部膜破裂 誘發(fā)誘發(fā)SCC裂紋裂紋

12、 表面幾何不連續(xù)：溝槽、缺陷、加工痕跡、附表面幾何不連續(xù)：溝槽、缺陷、加工痕跡、附著物著物 應(yīng)力應(yīng)變集中，有害離子濃縮，誘發(fā)裂紋應(yīng)力應(yīng)變集中，有害離子濃縮，誘發(fā)裂紋 平面滑移導(dǎo)致的膜破裂平面滑移導(dǎo)致的膜破裂 穿晶穿晶SCC裂紋形核裂紋形核B 裂尖定向溶解導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展裂尖定向溶解導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展 裂紋內(nèi)部形成裂紋內(nèi)部形成“閉塞電池閉塞電池”裂紋尖端裂紋尖端-裂紋壁之間裂紋壁之間形成形成“活化鈍化腐蝕電池活化鈍化腐蝕電池”創(chuàng)造了裂尖快速溶解創(chuàng)造了裂尖快速溶解+自催化的電化學(xué)條件；自催化的電化學(xué)條件； 應(yīng)力和材料不均勻性應(yīng)力和材料不均勻性 為快速溶解提供了擇優(yōu)腐蝕途徑為快速溶解提供了擇優(yōu)腐蝕途徑:預(yù)存活

13、性途徑：沿晶預(yù)存活性途徑：沿晶SCC 晶界：對(duì)腐蝕敏感，連續(xù)性通道，晶界：對(duì)腐蝕敏感，連續(xù)性通道， 相對(duì)于周圍組織作為陽(yáng)極相對(duì)于周圍組織作為陽(yáng)極 應(yīng)力：拉斷連接部位應(yīng)力：拉斷連接部位, 使裂紋張開使裂紋張開, 避免通道堵塞避免通道堵塞, 便于物質(zhì)傳遞便于物質(zhì)傳遞應(yīng)變產(chǎn)生的活性途徑：穿晶應(yīng)變產(chǎn)生的活性途徑：穿晶SCC 裂尖應(yīng)變集中：化學(xué)活性點(diǎn)增加、溶解活化能降低裂尖應(yīng)變集中：化學(xué)活性點(diǎn)增加、溶解活化能降低 強(qiáng)化了無膜裂紋尖端的溶解強(qiáng)化了無膜裂紋尖端的溶解 位錯(cuò)：大量位錯(cuò)滑移至尖端（增加活性和運(yùn)送雜質(zhì)）位錯(cuò)：大量位錯(cuò)滑移至尖端（增加活性和運(yùn)送雜質(zhì)）裂尖溶解促進(jìn)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)和局部變形，裂尖溶解促進(jìn)位錯(cuò)運(yùn)

14、動(dòng)和局部變形， 使應(yīng)變進(jìn)一步集中使應(yīng)變進(jìn)一步集中 溶解溶解+應(yīng)變：應(yīng)變： 小的韌斷小的韌斷連接不同滑移系裂紋連接不同滑移系裂紋穿晶解理穿晶解理 裂紋擴(kuò)展：裂紋擴(kuò)展：蝕坑尖端部分所受外加拉應(yīng)力、殘余應(yīng)力蝕坑尖端部分所受外加拉應(yīng)力、殘余應(yīng)力和腐蝕產(chǎn)物鍥入蝕坑尖端造成的拉應(yīng)力。和腐蝕產(chǎn)物鍥入蝕坑尖端造成的拉應(yīng)力。 腐蝕產(chǎn)物體積大于它的金屬的體積：腐蝕產(chǎn)物體積大于它的金屬的體積：產(chǎn)生裂紋的側(cè)向拉應(yīng)力產(chǎn)生裂紋的側(cè)向拉應(yīng)力 304不銹鋼：不銹鋼：SCC開裂區(qū)腐蝕產(chǎn)物開裂區(qū)腐蝕產(chǎn)物Fe3O4， 約為約為Fe體積的體積的2倍，倍，像鍥子一樣鍥入裂紋尖端，加大拉應(yīng)力，像鍥子一樣鍥入裂紋尖端，加大拉應(yīng)力，促進(jìn)裂紋

15、擴(kuò)展促進(jìn)裂紋擴(kuò)展。C 斷裂斷裂 SCC裂紋擴(kuò)展到臨界尺寸裂紋擴(kuò)展到臨界尺寸 裂紋失穩(wěn)裂紋失穩(wěn)純機(jī)械斷裂純機(jī)械斷裂環(huán)境因素環(huán)境因素離子種類、濃度離子種類、濃度溶液粘度，溶液粘度，pH氧及其他氣體氧及其他氣體攪拌或流速攪拌或流速緩蝕劑緩蝕劑溫度、壓力溫度、壓力輻照、微生物輻照、微生物外加電流外加電流應(yīng)力因素應(yīng)力因素載荷類型載荷類型加載方向加載方向載荷大小載荷大小加載速度加載速度電化學(xué)行為電化學(xué)行為腐蝕原電池的陰極過程腐蝕原電池的陰極過程和陽(yáng)極過程和陽(yáng)極過程腐蝕電極的極化腐蝕電極的極化腐蝕電位腐蝕電位腐蝕產(chǎn)物腐蝕產(chǎn)物腐蝕金屬的鈍化腐蝕金屬的鈍化微觀電化學(xué)不均勻性微觀電化學(xué)不均勻性應(yīng)力狀態(tài)（平面應(yīng)力、

16、平面應(yīng)變）應(yīng)力狀態(tài)（平面應(yīng)力、平面應(yīng)變）載荷載荷-裂紋組態(tài)（裂紋組態(tài)（I、II、III型）型）缺陷（缺口或裂紋）的集合缺陷（缺口或裂紋）的集合應(yīng)力集中系數(shù)或裂紋前端的應(yīng)力應(yīng)力集中系數(shù)或裂紋前端的應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子場(chǎng)強(qiáng)度因子裂尖塑性區(qū)尺寸裂尖塑性區(qū)尺寸應(yīng)力誘發(fā)相變應(yīng)力誘發(fā)相變力學(xué)行為力學(xué)行為局部應(yīng)力、應(yīng)變集中局部應(yīng)力、應(yīng)變集中 成分：合金元素、雜質(zhì)元素成分：合金元素、雜質(zhì)元素 成分的不均勻性：合金元素貧乏，雜質(zhì)偏析成分的不均勻性：合金元素貧乏，雜質(zhì)偏析 晶體結(jié)構(gòu)：類型晶體結(jié)構(gòu)：類型 結(jié)構(gòu)的不完整性：位錯(cuò)組態(tài)、堆垛層錯(cuò)、短程有序結(jié)構(gòu)的不完整性：位錯(cuò)組態(tài)、堆垛層錯(cuò)、短程有序 組織：相的組成、類型、分布、

17、晶粒度組織：相的組成、類型、分布、晶粒度 組織的不均勻性：晶界、相界、夾雜物組織的不均勻性：晶界、相界、夾雜物（種類、形態(tài)、數(shù)量、分布）（種類、形態(tài)、數(shù)量、分布）失穩(wěn)斷裂失穩(wěn)斷裂裂紋擴(kuò)展裂紋擴(kuò)展應(yīng)力腐蝕應(yīng)力腐蝕裂紋形核裂紋形核力學(xué)行為力學(xué)行為冶金因素冶金因素冶煉方式冶煉方式加工方式（鑄、鍛、加工方式（鑄、鍛、軋、焊、熱處理、機(jī)軋、焊、熱處理、機(jī)加工、表面強(qiáng)化等）加工、表面強(qiáng)化等） 材料的力學(xué)性能材料的力學(xué)性能 殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力（類型、分布）（類型、分布） 材料內(nèi)部因加工造材料內(nèi)部因加工造成的裂紋成的裂紋及非裂紋型缺陷及非裂紋型缺陷表面膜的類型、成分、結(jié)構(gòu)、厚度、完整性、強(qiáng)度、塑性、表面粗糙度等

18、表面膜的類型、成分、結(jié)構(gòu)、厚度、完整性、強(qiáng)度、塑性、表面粗糙度等SCC的影響因素的影響因素防止防止SCC的措施的措施1.降低和消除應(yīng)力降低和消除應(yīng)力 改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、避免或消除應(yīng)力集中改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、避免或消除應(yīng)力集中 消除加工或裝配中的殘余應(yīng)力消除加工或裝配中的殘余應(yīng)力( (如焊接、熱處理等如焊接、熱處理等) )或加工或加工后進(jìn)行去應(yīng)力處理（退火、噴砂、噴丸）后進(jìn)行去應(yīng)力處理（退火、噴砂、噴丸）2. 控制環(huán)境控制環(huán)境 改善使用條件，減少和控制有害介質(zhì)改善使用條件，減少和控制有害介質(zhì) 使用緩蝕劑使用緩蝕劑 涂覆保護(hù)涂層涂覆保護(hù)涂層 電化學(xué)保護(hù)電化學(xué)保護(hù)3. 正確選擇材料正確選擇材料 提高純度、消除

19、有害物質(zhì)偏析、細(xì)化晶粒提高純度、消除有害物質(zhì)偏析、細(xì)化晶粒7.2 腐腐蝕疲勞蝕疲勞由于腐蝕介質(zhì)和由于腐蝕介質(zhì)和交變應(yīng)力交變應(yīng)力聯(lián)合作用而引起金屬聯(lián)合作用而引起金屬的斷裂破壞，稱為腐蝕疲勞。的斷裂破壞，稱為腐蝕疲勞。特點(diǎn)：（特點(diǎn)：（1 1）不）不存在疲勞極限存在疲勞極限 （2 2）沒）沒有特定腐蝕介質(zhì)的限定有特定腐蝕介質(zhì)的限定應(yīng)力應(yīng)力循環(huán)次數(shù)循環(huán)次數(shù)lgN靜應(yīng)力下的破裂極限靜應(yīng)力下的破裂極限疲勞極限疲勞極限12 31純力學(xué)疲勞曲線；純力學(xué)疲勞曲線；2腐蝕疲勞曲線；腐蝕疲勞曲線；3非鐵金屬的疲勞曲非鐵金屬的疲勞曲線線裂裂紋形態(tài)與斷口特征紋形態(tài)與斷口特征裂紋形態(tài)：穿晶型，裂紋分枝較少裂紋形態(tài)：穿晶型

20、，裂紋分枝較少斷口特征：大部分被腐蝕產(chǎn)物所覆蓋，小部分呈粗糙的碎裂狀斷口特征：大部分被腐蝕產(chǎn)物所覆蓋，小部分呈粗糙的碎裂狀腐腐蝕疲蝕疲勞的機(jī)理勞的機(jī)理 至今沒有統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，其中有一種觀點(diǎn)認(rèn)為：腐蝕疲至今沒有統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，其中有一種觀點(diǎn)認(rèn)為：腐蝕疲勞是一個(gè)力學(xué)勞是一個(gè)力學(xué)-電化學(xué)過程。電化學(xué)過程。 疲勞斷裂過程分為兩個(gè)階疲勞斷裂過程分為兩個(gè)階段：段： 第第一一階段：零階段：零件表面上應(yīng)力較大處的材料發(fā)生剪切滑件表面上應(yīng)力較大處的材料發(fā)生剪切滑移，產(chǎn)生初始裂紋，形成疲移，產(chǎn)生初始裂紋，形成疲勞源勞源 第第二二階段：裂階段：裂紋尖端在切應(yīng)力下發(fā)生反復(fù)塑性變形，紋尖端在切應(yīng)力下發(fā)生反復(fù)塑性變形，使裂紋擴(kuò)

21、展直至發(fā)生疲勞斷使裂紋擴(kuò)展直至發(fā)生疲勞斷裂。裂。 介質(zhì)腐蝕性：越強(qiáng)腐蝕疲勞強(qiáng)度越低越容易發(fā)生介質(zhì)腐蝕性：越強(qiáng)腐蝕疲勞強(qiáng)度越低越容易發(fā)生腐蝕疲勞。腐蝕疲勞。 交變應(yīng)力頻率：處于中間范圍最明顯交變應(yīng)力頻率：處于中間范圍最明顯 應(yīng)力加載方式：扭轉(zhuǎn)疲勞應(yīng)力加載方式：扭轉(zhuǎn)疲勞 旋轉(zhuǎn)疲勞旋轉(zhuǎn)疲勞 彎曲疲勞彎曲疲勞 拉拉壓疲勞壓疲勞 溫度：升高時(shí)抗腐蝕疲勞能力下降溫度：升高時(shí)抗腐蝕疲勞能力下降 材料耐蝕性：越強(qiáng)對(duì)腐蝕疲勞越不敏感材料耐蝕性：越強(qiáng)對(duì)腐蝕疲勞越不敏感 組織結(jié)構(gòu)：對(duì)碳鋼、低合金鋼影響不大，對(duì)不銹組織結(jié)構(gòu)：對(duì)碳鋼、低合金鋼影響不大，對(duì)不銹鋼影響較大，細(xì)化晶粒有利材料抗腐蝕疲勞鋼影響較大，細(xì)化晶粒有利

22、材料抗腐蝕疲勞 表面殘余壓應(yīng)力：有利減輕腐蝕疲勞表面殘余壓應(yīng)力：有利減輕腐蝕疲勞腐蝕疲勞的影響因素腐蝕疲勞的影響因素防止腐防止腐蝕疲蝕疲勞的措施勞的措施v最有效的辦法：降低部件的應(yīng)力最有效的辦法：降低部件的應(yīng)力v具體措施具體措施 改變?cè)O(shè)計(jì)和正確的熱處理改變?cè)O(shè)計(jì)和正確的熱處理 采用鍍鋅、鍍鎘等采用鍍鋅、鍍鎘等 加緩蝕劑加緩蝕劑 表面氮化和噴丸處理表面氮化和噴丸處理 陰極保護(hù)陰極保護(hù) 7.3 磨磨損腐蝕損腐蝕腐蝕性流體與金屬構(gòu)件以較高速度作相對(duì)運(yùn)動(dòng)而腐蝕性流體與金屬構(gòu)件以較高速度作相對(duì)運(yùn)動(dòng)而引起金屬的腐蝕損壞，稱為磨損腐蝕。引起金屬的腐蝕損壞，稱為磨損腐蝕。脫碳液入口脫碳液入口蒸汽蒸汽v湍流腐湍流

23、腐蝕：流體流速達(dá)到湍流狀態(tài)而導(dǎo)致加速金蝕：流體流速達(dá)到湍流狀態(tài)而導(dǎo)致加速金屬腐蝕的一種腐蝕形式。屬腐蝕的一種腐蝕形式。 高速流體擊高速流體擊穿緊穿緊貼金屬表面的邊界液膜，貼金屬表面的邊界液膜， 一方面加速去一方面加速去極劑的供應(yīng)和陰、陽(yáng)極腐蝕產(chǎn)物的遷移，使極劑的供應(yīng)和陰、陽(yáng)極腐蝕產(chǎn)物的遷移，使陰、陽(yáng)極的極化作用減?。魂?、陽(yáng)極的極化作用減小； 另一方面高另一方面高速湍流對(duì)金屬表面產(chǎn)速湍流對(duì)金屬表面產(chǎn)生附生附加加的的切應(yīng)力切應(yīng)力，不斷剝不斷剝離金屬表面的腐蝕產(chǎn)物離金屬表面的腐蝕產(chǎn)物v 空空泡泡腐蝕：由于腐蝕介質(zhì)與金屬構(gòu)件作高速相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，腐蝕：由于腐蝕介質(zhì)與金屬構(gòu)件作高速相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，氣泡在金屬表面

24、反復(fù)形成和崩潰而引起金屬破壞的一種氣泡在金屬表面反復(fù)形成和崩潰而引起金屬破壞的一種特殊腐蝕形態(tài)，又稱穴蝕或汽蝕。特殊腐蝕形態(tài)，又稱穴蝕或汽蝕。 流速足夠高時(shí)，液體的靜壓力將低于液體的蒸汽壓，使液流速足夠高時(shí)，液體的靜壓力將低于液體的蒸汽壓，使液體蒸發(fā)在低壓區(qū)形成氣泡，高壓區(qū)壓過來的流體使氣泡崩體蒸發(fā)在低壓區(qū)形成氣泡，高壓區(qū)壓過來的流體使氣泡崩潰，產(chǎn)生的沖擊波強(qiáng)烈的錘擊金屬表面，破壞表面膜，使?jié)ⅲa(chǎn)生的沖擊波強(qiáng)烈的錘擊金屬表面，破壞表面膜，使膜下金屬的晶粒產(chǎn)生龜裂和剝落。膜下金屬的晶粒產(chǎn)生龜裂和剝落。防止磨防止磨損腐損腐蝕的措施蝕的措施v最有效的辦法：合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與正確選擇材料最有效的辦法：合

25、理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與正確選擇材料v具體措施具體措施 盡可能使幾何形狀的變化不致產(chǎn)生渦流、湍流盡可能使幾何形狀的變化不致產(chǎn)生渦流、湍流 優(yōu)先選擇能形成保護(hù)性好的表面膜的材料，以及提高材優(yōu)先選擇能形成保護(hù)性好的表面膜的材料，以及提高材料的硬度，可以增強(qiáng)抗磨損腐蝕的能力。料的硬度，可以增強(qiáng)抗磨損腐蝕的能力。 適當(dāng)?shù)耐繉舆m當(dāng)?shù)耐繉?陰極保護(hù)陰極保護(hù) 綜合練習(xí)綜合練習(xí)1.1.發(fā)生應(yīng)力腐蝕的發(fā)生應(yīng)力腐蝕的3 3個(gè)基本條件是個(gè)基本條件是_、_、_，應(yīng)力腐蝕，應(yīng)力腐蝕 斷裂分成斷裂分成3 3個(gè)階段，依次為個(gè)階段，依次為_、_、_。2 2. .試列舉出試列舉出4 4種具有特定名稱的典型的應(yīng)力腐蝕斷裂類型種具有特定名稱

26、的典型的應(yīng)力腐蝕斷裂類型: : _ _、_、_和和_。一、填空題一、填空題1. 腐腐蝕疲勞的裂紋多為沿晶界發(fā)展并伴有大量分支。（）蝕疲勞的裂紋多為沿晶界發(fā)展并伴有大量分支。（）2. 鋁鋁合金一般不會(huì)發(fā)生點(diǎn)蝕或應(yīng)力腐蝕斷裂。（）合金一般不會(huì)發(fā)生點(diǎn)蝕或應(yīng)力腐蝕斷裂。（）二、判斷題二、判斷題三、選擇題三、選擇題四、名詞解釋四、名詞解釋應(yīng)力腐蝕開裂、腐蝕疲勞、湍流腐蝕、空泡腐蝕應(yīng)力腐蝕開裂、腐蝕疲勞、湍流腐蝕、空泡腐蝕鋁合金經(jīng)（）處理，可顯著改善其耐應(yīng)力腐蝕斷裂性能。鋁合金經(jīng)（）處理，可顯著改善其耐應(yīng)力腐蝕斷裂性能。A. 固溶固溶 B. 欠時(shí)效欠時(shí)效 C. 時(shí)效時(shí)效 D. 過時(shí)效過時(shí)效 1. 碳碳含量

27、對(duì)奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕斷裂的性能含量對(duì)奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕斷裂的性能分別有何影響規(guī)律，說明原因。分別有何影響規(guī)律，說明原因。2. 從從金屬材料、環(huán)境條件和力學(xué)條件金屬材料、環(huán)境條件和力學(xué)條件3方面分析應(yīng)力腐蝕斷方面分析應(yīng)力腐蝕斷裂和腐蝕疲勞的差別。裂和腐蝕疲勞的差別。3. 試試列舉列舉3種常見的局部腐蝕，并指出易產(chǎn)生這些局部腐蝕種常見的局部腐蝕，并指出易產(chǎn)生這些局部腐蝕的條件和材料。的條件和材料。五、五、綜合題綜合題某某化工廠裝置一臺(tái)鍋爐給水換熱器，換熱器制造、檢驗(yàn)、驗(yàn)收化工廠裝置一臺(tái)鍋爐給水換熱器，換熱器制造、檢驗(yàn)、驗(yàn)收合格，于合格，于2004年年12月投入運(yùn)行使用。月投入運(yùn)行使用。2005年年6月發(fā)現(xiàn)換熱器殼月發(fā)現(xiàn)換熱器殼程介質(zhì)水蒸氣中含有環(huán)乙烷，由于此換熱器為固定管板式，所程介質(zhì)水蒸氣中含有環(huán)乙烷，由于此換熱器為固定管板式，所以斷定是換熱管與管板連接或換熱管發(fā)生泄漏，于是將