金属腐蚀失效分析4

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1、金属腐蚀失效分析46.2.7氢损伤氢损伤指的是金属材料由于含有氢或与氢相互作用而导致力学性能变坏的现象。按照氢损伤发生的温度条件可以分为氢脆与氢腐蚀；按照氢损伤是否可以通过消氢处理恢复材料原来的力学性能分为可逆与不可逆氢损伤。①氢脆。氢脆可以包括氢压裂纹（钢中白点、H2S诱发裂纹、焊接冷裂纹和充氢或酸洗裂纹）、和氢致滞后断裂等。图23和图24是低合金钢的氢脆断口形貌。图2316MnR氢致混合断口图2416MnR氢致断口表面的氢鼓泡②氢致相变导致的氢脆。很多金属能形成稳定的氢化物。氢化物是一种脆性中间相，一旦有氢化物析出，材料的塑性和韧性就

2、会下降，即氢化物析出导致材料变脆。氢化物脆、氢致马氏体相变是一种氢致相变引起的氢脆。大量实验表明，不稳定型奥氏体不锈钢在电解充氢时会发生氢致马氏体相变，形成ε相或α/相马氏体，一般认为，氢致马氏体相变的本质和冷加工诱发马氏体相变相同。氢还能使奥氏体的层错能下降。图25是不稳定型奥氏体不锈钢在H2S溶液中充氢形成氢致马氏体的金相组织形态及开裂后断口的氢致马氏体形态。a）氢致马氏体的金相组织形态b）开裂后断口的氢致马氏体形态图25奥氏体不锈钢在H2S溶液中充氢形成氢致马氏体的金相组织形态及开裂后断口的氢致马氏体形态。③氢致滞后断裂。在恒载荷（

3、或恒位移）条件下，原子氢通过应力诱导扩散富集到临界值后就引起氢致裂纹的形核、扩展从而导致低应力断裂的现象称为氢致滞后断裂。所谓滞后是指氢扩散富集到临界值需要经过一段时间，故加载后要经过一定时间后氢致裂纹才会形核和扩展。如把原子氢除去后就不会发生滞后断裂，故它也是可逆的。无论是慢应变速率拉伸（氢致可逆塑性损失）还是恒载荷下的氢致滞后断裂，氢致断裂可能获得韧性断口，称为氢致（促进）韧断，这时断口形貌是韧窝（它是韧断标志），见图26；也可能获得脆性断口（沿晶、解理或准解理）见27图。氢致断口，也可能存在不同的形貌区。如断口起始部分（K1小）为沿

4、晶，中间扩展部分为准解理，最后瞬断部分为韧窝。不充氢的断口一般是以韧窝为主；随充入的氢量升高，沿晶和准解理部分增加。图26氢致断裂可能获得韧性断口，韧窝底部有夹杂a）韧性与脆性混合断口b）脆性解理断口图27氢致断裂脆性断口（沿晶、解理或准解理）④氢腐蚀。氢腐蚀实质是氢致化学变化导致的氢脆。在高温高压下氢进入钢中后与碳化物反应生成甲烷，形成的CH4分子不能从钢中扩散出来，就在晶界夹杂物处形成气泡，并有很大压力。随着CH4的不断形成，气泡不断长大，当气泡中CH4的压力大于材料在该温度下的强度时就会使气泡转化成裂纹。环境H2的压力愈高，温度愈高

5、，则甲烷气泡中的压力就愈大，当甲烷气泡中的压力等于材料的断裂强度时就会导致微裂纹形核。与此同时，生成甲烷的反应使钢形成脱碳，降低了钢的强度。6.2.8腐蚀疲劳在交变应力和腐蚀介质同时作用下，金属的疲劳强度或疲劳寿命比无腐蚀作用时有所降低，这种现象叫做腐蚀疲劳。这里所谓“无腐蚀作用”，一般是指在空气中金属的疲劳行为。设应力交变的频率为f,应力为σ，它们与腐蚀（C）条件有如下五种组合：（1）σ＝0，f=0，C＞0——腐蚀（2）σ≥σb，f=0，C＝0——形变断裂（3）σ≥σcp，f＞0，C=0——疲劳（4）σ≥σc，f=0，C＞0——应力腐蚀

6、（5）σ≥σcf，f＞0，C＞0——腐蚀疲劳其中σb、σcp、σc和σcf分别为材料的抗拉强度、疲劳强度（疲劳极限）、应力腐蚀临界应力（应力门槛值）和腐蚀疲劳强度。因此，腐蚀疲劳与疲劳、应力腐蚀的关系密切，并且比它们复杂。应当强调指出，交变应力必须和腐蚀介质同时作用才能引起腐蚀疲劳。腐蚀疲劳不要求特定的材料和介质组合，这是和应力腐蚀破裂不同的。腐蚀疲劳与应力腐蚀破裂的一些主要区别如表7所示。表7腐蚀疲劳与应力腐蚀破裂的一些主要区别具有应力腐蚀破裂敏感性的材料，受交变应力作用时，如果应力半幅在能产生应力腐蚀破裂的临界值以下，则只能产生腐蚀疲

7、劳；如果高于应力腐蚀破裂的临界应力，随着应力交变速度的降低，可能产生应力腐蚀破裂与腐蚀疲劳混合存在的情况。腐蚀疲劳断裂有其自己的特征。除了最终造成断裂的一条主裂纹以外，还存在着大量的支裂纹。如图28所示。图28腐蚀疲劳断裂裂纹走向示意图疲劳断口由疲劳裂纹扩展区(简称疲劳区)和瞬时断裂区组成。在疲劳区微观特征是具有略带弯曲但大致平行的疲劳条纹(与裂纹扩展方向垂直)，条纹间距取决于应力循环的振幅。图29所示。a）42CrMo轴疲劳断裂的宏观疲劳条纹b）42CrMo轴疲劳断裂的疲劳条纹图2942CrMo轴疲劳断裂的疲劳条纹常规疲劳因裂纹两侧断面

8、相互摩擦而呈光亮的贝壳状或海滩状平行的条纹，而腐蚀疲劳的这部分断口却常被腐蚀产物弄脏而发暗：这种特征可作为疲劳与腐蚀疲劳的判据，但腐蚀疲劳的条纹有时模糊些（图30）。图30取热器换热外管开裂断