金屬的應力腐蝕和氫脆斷裂課件

第六章金屬的應力腐蝕和氫脆斷裂一、應力腐蝕斷裂現象應力腐蝕現象最先發(fā)現于黃銅零件中一次大戰(zhàn)中，冷沖子彈殼，開裂現象┗含微量氨氣的海風——子彈殼開裂現象：潤滑用肥皂水中含微量銨離子第一節(jié)應力腐蝕第六章金屬的應力腐蝕和氫脆斷裂一、應力腐蝕斷裂現象第一節(jié)1又例：1967年12月美國俄亥俄橋突然塌陷，死46人，鋼梁：應力＋大氣中微量H2S。鉚接鍋爐爆炸：水中含少量NaOH，造成低碳鋼的堿脆。飛機起落架斷裂┗低合金超高強度鋼的氫脆另：奧氏體不銹鋼的氯脆

共性：應力與某種腐蝕介質共存——應力腐蝕斷裂又例：2二、應力腐蝕斷裂定義及產生條件1定義：材料在拉應力和特定的環(huán)境介質共同作用下，經過一段時間，所產生的低應力脆性斷裂現象，稱為應力腐蝕斷裂。

危害：緩和的介質＋較小的應力導致應力腐蝕破壞的介質為不腐蝕或輕微腐蝕；導致應力腐蝕破壞的應力為極小應力二、應力腐蝕斷裂定義及產生條件危害：緩和的介質＋較小的應32應力腐蝕的特征①造成應力腐蝕破壞的應力一般是拉應力；實質：壓應力腐蝕破壞速度極?、谥挥刑囟ǖ暮辖鸪煞峙c特定的介質相組合才會造成應力腐蝕破壞——表6－1；Al-Mg合金系：WMg>4%時——①、②亦為產生的條件2應力腐蝕的特征4③只有合金才產生應力腐蝕，純金屬極少。例如：a、氫氧化銨溶液中純銅————無脆化現象含0.004%P的銅——脆化現象b、硝酸鹽中：純鐵無脆化，工業(yè)純鐵脆化④應力腐蝕斷裂速度(10－4-10－1cm/h)遠大于工業(yè)上正常純腐蝕速度(10－5cm/h)③只有合金才產生應力腐蝕，純金屬極少。④應力腐蝕斷裂速度5三、應力腐蝕斷裂機理1鈍化膜破壞機理：(1)拉應力→引起滑移→局部保護膜破裂；應力腐蝕斷裂機理簡圖(2)陽極反應——蝕坑M→M+n+ne┗裂紋產生(3)尖端產生應力集中，使陽極電位下降，溶解加速——裂紋擴展三、應力腐蝕斷裂機理應力腐蝕斷裂機理簡圖(2)陽極反應——62應力腐蝕斷裂過程(1)孕育階段：裂紋產生前(2)裂紋亞穩(wěn)擴展階段：裂紋緩慢擴展(3)裂紋失穩(wěn)擴展階段：最后的機械破壞2應力腐蝕斷裂過程73斷口形貌(1)宏觀形貌特征：與疲勞斷口相似，裂紋起源于表面，有亞穩(wěn)擴展區(qū)和最后瞬斷區(qū)——宏觀上是脆性斷裂。(2)微觀形貌特征:a、泥狀花樣及腐蝕坑b、多為沿晶斷裂，少量穿晶解理斷裂；c、應力腐蝕的顯微裂紋有分叉現象。3斷口形貌(2)微觀形貌特征:8金屬的應力腐蝕和氫脆斷裂課件9光滑試樣的應力腐蝕的σ－tf關系曲線90%tf缺點：t裂紋形成≈90%tf不能真實反映帶裂紋試樣四、應力腐蝕力學性能指標1、不發(fā)生應力腐蝕的臨界應力σSCC早期：光滑試樣，(應力＋介質)環(huán)境下，測定σ-tf(不同應力水平-斷裂時間)關系曲線σSCC光滑試樣的應力腐蝕的σ－tf關系曲線90%tf缺點：四、應力10

2、應力腐蝕臨界應力場強度因子KISCC

采用預制裂紋的試樣：裂紋＋應力——應力場強度因子某種鈦合金預制裂紋試樣的KI－tf曲線

不發(fā)生應力腐蝕的最大應力場強度因子——KISCC2、應力腐蝕臨界應力場強度因子KISCC某種鈦合金預制裂紋11引入：應力腐蝕臨界應力場強度因子KISCC（1）定義：試樣在特定化學介質中不發(fā)生應力腐蝕斷裂的最大應力場強度因子，也稱為應力腐蝕門檻值。（2）意義：表示含有宏觀裂紋的材料在應力腐蝕條件下的斷裂韌度。一定的材料與介質，KISCC值恒定。——力學性能指標，引入：應力腐蝕臨界應力場強度因子KISCC12（3）斷裂判據：①裂紋尖端KI初始≥KIC時，立即斷裂。┗斷裂判據②當KISCC<KI初始<KIC時，隨KI初始↓，斷裂時間↑。③KI初始<KISCC時，不斷裂（3）斷裂判據：13（4）KISCC測定方法：①預制裂紋試樣＋化學介質，②在恒定載荷(拉伸應力)下，測定發(fā)生斷裂時間與初始應力場強度因子(KI初始)的關系;③施加不同的載荷F，使裂紋前端產生不同大小的初始應力場強度因子KI,→KI初始－tf曲線。（4）KISCC測定方法：14五、預防應力腐蝕斷裂的措施1、消除或減少機件中的殘余拉應力。（1）退火消除殘余應力。（2）改變應力狀態(tài)：

采用噴丸、表面熱處理——表面壓應力；

構件結構的改進——減小應力集中五、預防應力腐蝕斷裂的措施152、改善介質條件：消除或減少助長應力腐蝕開裂的有害化學離子。離子交換法、添加緩沖劑等。3、合理選材：根據介質，避開敏感合金(表6－1)4、采用電化學保護外加電位，使偏離腐蝕電位2、改善介質條件：16鈍化膜破壞機理——陽極反應敏感型應力腐蝕兩極反應：陽極：Fe→Fe2＋＋2e陰極：H+＋e→H；2H→H2↑

第二節(jié)氫脆

原子態(tài)氫：溶入鋼中會引起脆性故：陰極反應是否引起脆性取決于溶入金屬的原子態(tài)氫數量、擴散能力、基體受力狀況等陰極反應引起脆性時┗陰極反應敏感型應力腐蝕鈍化膜破壞機理第二節(jié)氫脆原子態(tài)氫：溶入鋼中會引起17a應力腐蝕斷裂b氫致延滯斷裂a應力腐蝕斷裂b氫致延滯斷裂18

一、氫脆概念由于氫和應力的共同作用而導致金屬材料產生脆性斷裂的現象，稱為氫脆斷裂(氫脆)。類型：

氫蝕、白點(發(fā)裂)、氫化物致脆氫致延滯斷裂一、氫脆概念類型：19類型脆化機制氫蝕氫與材料中第二相反應生成高壓氣體(例：鋼中氫與碳化物生成CH4)，氣體在晶界聚集造成脆性。白點(發(fā)裂)過飽和氫在金屬中偏聚形成氫氣，體積膨脹引起大的內應力，導致微裂紋，裂紋斷面呈銀白色橢圓狀。氫脆類型及脆化機制類型脆化機制氫蝕氫與材料中第二相反應生成高壓氣體(例：鋼中氫20類型脆化機制氫化物致脆氫和金屬原子形成脆性氫化物。氫致延滯斷裂含一定量固溶態(tài)氫的金屬，在低于材料屈服強度的應力持續(xù)作用下，經過一段孕育期后，在金屬內部尤其是三向拉應力區(qū)形成裂紋、裂紋逐步擴展、最后突然脆性斷裂的現象。氫脆類型及脆化機制類型脆化機制氫化物致脆氫和金屬原子形成脆性氫化物。氫致延滯斷21二、氫致延滯斷裂產生機理：當原子態(tài)氫結合成H2受阻時，原子態(tài)H進入金屬，氫在刃型位錯處聚集，形成氫氣團拉應力下，位錯運動→氫氣團釘扎作用→應變硬化位錯運動受阻→位錯塞積，氫原子聚集→產生應力集中→產生裂紋→擴展→斷裂→氫脆。二、氫致延滯斷裂產生機理：22三、氫致延滯斷裂的特點(1)對應變速度敏感變形速度愈慢，脆性發(fā)展愈明顯；靜載荷能夠反映氫的影響，而標準拉伸試驗速度下不呈現脆性?！獙兯俣鹊拿舾行允菤浯鄥^(qū)別于其它脆性的明顯標志之一。——提高應變速度可降低材料對氫脆敏感度三、氫致延滯斷裂的特點23(2)對溫度敏感只在一定溫度范圍內出現。高強度鋼：－100～150℃，尤室溫敏感——氫脆區(qū)別于其它脆性的標志之二。(3)具可逆性有氫脆的材料通過調整溫度、脫氫或沖氫處理、應變速率的調整，可使氫脆現象消除或重現。

——但是已產生微裂紋的無法恢復(2)對溫度敏感24形變速率與溫度的綜合作用：形變速率↑，則出現氫脆的溫度↑，這是由于↑溫度才能使H的擴散速率跟上位錯的運動速度，從而起到“釘扎”作用?！獨浯鄬囟取兯俾拭舾械脑蛐巫兯俾逝c溫度的綜合作用：25結束語當你盡了自己的最大努力時，失敗也是偉大的，所以不要放棄，堅持就是正確的。WhenYouDoYourBest,Failu