第三章常見(jiàn)失效形式以及特征和診斷3腐蝕疲勞斷裂等

1、第三章常見(jiàn)失效形式以及特征和診斷3腐蝕疲勞斷裂等 c、延遲斷裂 速度介于均勻腐蝕速度與快速機(jī)械斷裂速度之間。d、拉應(yīng)力:包括外加拉應(yīng)力和殘余拉應(yīng)力通常存在應(yīng)力腐蝕斷裂的臨界應(yīng)力e、特定介質(zhì)：3、應(yīng)力腐蝕評(píng)定方法 恒定應(yīng)力下的斷裂時(shí)間tf，或者指定時(shí)間內(nèi)發(fā)生應(yīng)力腐蝕斷裂的最低應(yīng)力SCC以及應(yīng)力腐蝕的門(mén)檻應(yīng)力。評(píng)定應(yīng)力腐蝕的斷裂力學(xué)參量為指定時(shí)間內(nèi)應(yīng)力腐蝕的界限應(yīng)力強(qiáng)度因子KISCC 。4、應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的形貌a宏觀形貌及斷口特征 呈現(xiàn)脆性斷裂的特征 起源于表面膜層的缺陷處，顏色比較深；外表面及裂縫內(nèi)壁的腐蝕程度輕,裂紋深而窄。 主裂紋上常大量分叉，并在大致垂直于應(yīng)力方向上連續(xù)擴(kuò)展，有強(qiáng)烈的方向性

2、失穩(wěn)擴(kuò)展區(qū)沒(méi)有腐蝕產(chǎn)物覆蓋；呈現(xiàn)過(guò)載斷裂的特征 波紋管表面腐蝕形態(tài)b微觀形貌及斷口特征 （1）裂紋走向 擴(kuò)展路徑有穿晶的、沿晶的或二者混合的。 易平面滑移的材料傾向于穿晶斷裂；易發(fā)生交錯(cuò)滑移的金屬材料更傾向于沿晶斷裂。 碳鋼及低合金鋼、鉻不銹鋼、鋁、鈦、鎳等多為沿晶的；奧氏體不銹鋼則多為穿晶的.（2）特征花樣：河流花樣、扇形花樣、羽毛狀花樣、魚(yú)骨花樣、準(zhǔn)解理等 腐蝕斷口表面的準(zhǔn)解理（韌窩）特征6、防止應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的措施（1）合理選材：針對(duì)零件所受的應(yīng)力和使用條件選用耐應(yīng)力腐蝕的材料： 在接觸氨的環(huán)境中避免用銅的合金在高濃度氯化物介質(zhì)，考慮氯對(duì)鎳的腐蝕。在選材時(shí)，盡可能選用應(yīng)力腐蝕界限強(qiáng)度因子K

3、ISCC高的材料。(2)減少或消除零件中的殘余拉應(yīng)力設(shè)計(jì)上盡可能減小零件的應(yīng)力集中工藝上加熱冷卻均勻，必要時(shí)采用退火工藝消除內(nèi)應(yīng)力采用噴丸處理或者表面熱處理，在零件表面產(chǎn)生一定的殘余壓應(yīng)力。（3）改善介質(zhì)條件（4）采用電化學(xué)保護(hù)。采用凈化方式，減少或消除應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的有害化學(xué)離子添加緩蝕劑。（5）在設(shè)計(jì)中對(duì)應(yīng)力進(jìn)行控制。二、氫脆失效1 定義：w%）和應(yīng)力共同作用下使金屬材料的塑性、韌性下降的一種現(xiàn)象。2、氫的來(lái)源：（1）熔煉過(guò)程中，水分和油垢在高溫下分解（2）機(jī)加工中（酸洗、電鍍）引入。（3）有氫環(huán)境中服役引入。3、氫的存在方式：（1）間隙固溶；（2）以氫分子擴(kuò)散聚集在空洞或裂紋處。（3）和過(guò)

4、渡族、稀土金屬、堿土金屬元素作用，以氫化物形式存在。3、氫脆失效的類(lèi)型、特征以及評(píng)定根據(jù)氫存在方式以及氫與金屬作用方式，氫脆理論包括：氫壓理論、氫化理論、減聚理論氫脆失效的類(lèi)型1、白點(diǎn)：也稱(chēng)為發(fā)裂。由于含有過(guò)量的氫造成。在斷口上可見(jiàn)銀白色橢圓形斑點(diǎn)。在鋼的縱向剖面上呈現(xiàn)發(fā)紋狀?？梢酝ㄟ^(guò)精煉除氣、鍛后緩冷或等溫退火以及加入稀土和微量元素消除。2、氫蝕：與碳化合，生成CH4 ，產(chǎn)生高壓,導(dǎo)致鋼的塑性降低。呈沿晶斷裂，在200 以上出現(xiàn)。通過(guò)減碳加合金（Ti、V）消除。3、氫化物致脆：純Ti、V、Nb、鋯（Zi）合金4、氫致延滯斷裂（高強(qiáng)鋼或- Ti合金）-100150 慢速加載顯著降低延伸率、斷面

5、收縮率裂紋路徑與應(yīng)力有關(guān)高濃度自發(fā)形成氫化物應(yīng)力感生氫化物氫脆的評(píng)定分別為不含氫和含氫試樣的斷面收縮率采用氫脆敏感性表示或者da/dtKith曲線表示4、 防止氫脆的措施1、環(huán)境因素切斷氫進(jìn)入金屬內(nèi)途徑。表面涂層加入抑制劑電鍍酸洗后及時(shí)去氫2、力學(xué)因素3、材料因素避免產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力盡量避免在含氫介質(zhì)中使用高強(qiáng)度鋼制定正確工藝，避免出現(xiàn)氫脆敏感性的組織細(xì)化晶粒，提高抗氫脆能力三、腐蝕疲勞斷裂1、定義：在腐蝕介質(zhì)和循環(huán)應(yīng)力共同作用下的一種失效形式。疊加模型競(jìng)爭(zhēng)模型2、腐蝕疲勞損傷的特點(diǎn)a、表面受到腐蝕破壞，斷口有較多的二次裂紋、腐蝕坑和銹斑特征。b、腐蝕疲勞斷口的疲勞條紋，因腐蝕而較模糊。c、碳鋼

6、和銅合金的腐蝕疲勞斷口多為沿晶斷裂，奧氏體不銹鋼和鎂合金斷口為穿晶斷裂。d、腐蝕疲勞電子斷口上，經(jīng)?？捎^察到腐蝕坑，泥裂花樣以及腐蝕產(chǎn)物。3、提高腐蝕疲勞抗力的措施a、表面感應(yīng)淬火，提高表面層的強(qiáng)度。b、噴丸或表面滾壓，造成表面壓應(yīng)力，提高表面層的強(qiáng)度。c、表面化學(xué)熱處理。滲碳、氮化、氰化以及滲Cr、滲碳化鉻，提高腐蝕疲勞抗力。d、電鍍:表面電鍍Cr、Ni、Cu等高熔點(diǎn)金屬，在表面呈拉應(yīng)力狀態(tài)，對(duì)抗腐蝕疲勞不力，而鍍Zn和鍍Cd（鎘）在鍍層中產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，提高抗疲勞腐蝕強(qiáng)度。e、涂層保護(hù)。腐蝕疲勞失效案裂例 蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)上的保險(xiǎn)閥彈簧在潮濕空氣中的腐蝕疲勞斷裂 該彈簧由工具鋼H21MPaM

7、Pa時(shí)，保險(xiǎn)閥彈簧卻破碎為12片。彈簧工作環(huán)境為水蒸氣，其溫度在330400 mmmmmm的兩條裂紋，裂紋面上的腐蝕產(chǎn)物為氧化鐵。上述分析表明，彈簧斷裂屬腐蝕疲勞失效，其原因是潮濕空氣條件下的循環(huán)應(yīng)力。3、5 磨損失效摩擦、磨損、潤(rùn)滑磨損的分類(lèi)：氧化磨損、咬合磨損、熱磨損、磨粒磨損和表面疲勞磨損一、磨損機(jī)制及其行為特征1、氧化磨損兩個(gè)表面之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在發(fā)生塑性變形的同時(shí)，由于已經(jīng)形成的氧化物在接觸點(diǎn)遭到破壞，又重新形成再遭破壞脫落并逐漸損耗的過(guò)程。特點(diǎn)：a、在任意滑動(dòng)速度和比壓下均可能發(fā)生，只是程度不同。b、磨損速度最小的磨損。可允許的磨損，其失效可認(rèn)為是正常失效。c、是防止或降低其他磨損

8、的終極環(huán)節(jié)2、咬合磨損（第一類(lèi)粘者磨損） 對(duì)偶件金屬表面某些摩擦點(diǎn)處氧化膜遭到破壞，而形成金屬結(jié)合點(diǎn)并逐漸被磨損的現(xiàn)象。如 結(jié)合點(diǎn)強(qiáng)度比金屬基體高，金屬基體遭到破壞，反之，結(jié)合點(diǎn)遭到破壞。 磨損量V與載荷F、滑動(dòng)距離以及材料硬度HB有關(guān)：K為粘著概率防止粘著磨損的措施1、合理選擇配合表面的材料。2、在金屬表面覆以特殊的薄膜，改變表面的特性。3、減小表面粗糙度。4、提高材料的硬度。3、熱磨損（第二類(lèi)粘著磨損）定義：滑動(dòng)摩擦?xí)r，當(dāng)滑動(dòng)速度大，比壓也很大時(shí)，將產(chǎn)生大量摩擦熱蝕的潤(rùn)滑油變質(zhì)，并使得表層金屬加熱到熔化溫度，在接觸點(diǎn)處發(fā)生局部金屬粘著，出現(xiàn)金屬質(zhì)點(diǎn)的撕脫甚至熔化，這種現(xiàn)象稱(chēng)為熱磨損。是高速

9、重載機(jī)器發(fā)展中的重大阻礙。防止措施：（1）減小摩擦形成熱和降低溫度。如水冷卻，或在表面造成S、P或者氯的非金屬表面層。（2）設(shè)法提高金屬熱穩(wěn)定性和潤(rùn)滑油的熱穩(wěn)定性。如堆焊熱穩(wěn)定硬質(zhì)合金4、磨粒磨損定義：硬質(zhì)點(diǎn)在壓力下劃過(guò)或滾過(guò)一個(gè)表面，產(chǎn)生的磨損，稱(chēng)為磨粒磨損。影響因素：磨粒性質(zhì)（硬度）、形狀和大小磨粒磨損的三種狀態(tài)：(1) 低磨損狀態(tài) HaHm為了減小磨粒磨損，金屬的硬度Hm應(yīng)比磨粒Ha的硬度高0.3倍，即HmHa5、接觸疲勞A、定義：零件表面在接觸應(yīng)力的反復(fù)作用下引起的表面疲勞破壞，稱(chēng)為接觸疲勞。B、接觸疲勞的類(lèi)型及行為特征（1）裂紋源于次表層的麻點(diǎn)剝落。（純滾動(dòng)源于次表層平行接觸面的切應(yīng)力作用）（2）裂紋源于表層的麻點(diǎn)剝落。（滾動(dòng)帶有滑動(dòng)場(chǎng)合）（表層的接觸應(yīng)力引起。）（3）裂紋源于硬化層與心部交界處的表層剝落。（表面有強(qiáng)化場(chǎng)合）（在結(jié)合處，切應(yīng)力與材料的剪切強(qiáng)度之比超過(guò)某一值0.55）6、微動(dòng)磨損 定義：在緊配合件和連