讲座-09-金属材料在环境介质作用下的力学行为

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1、《工程材料的力学行为》系列讲座之九金属的应力腐蚀和氢脆断裂孙朝阳机械工程学院mbm_ustb@126.com(123456789)12北京科技大学机械工程学院－－版权所有，请勿传播！讲座内容•应力腐蚀•氢脆北京科技大学机械工程学院－－版权所有，请勿传播！3应力腐蚀•应力腐蚀及其产生条件1、定义与特点（1）定义金属在拉应力和特定的介质共同作用下，经过一段时间后，所产生的低应力脆断现象。（2）特点拉应力，特定介质，时间，脆断。低碳钢、低合金钢——碱脆、硝脆；不锈钢——氯脆；铜合金——氨脆。北京科技大学机械工程学院－－版权所有，

2、请勿传播！4应力腐蚀•应力腐蚀及其产生条件2、产生条件应力：外应力、残余应力；化学介质：一定材料对应一定的化学介质（表）金属材料：化学成分、显微组织、强化程度等。北京科技大学机械工程学院－－版权所有，请勿传播！5应力腐蚀•应力腐蚀机理及断口特征1、机理滑移——溶解理论（钝化膜破坏理论）a）应力作用下，滑移台阶露头且钝化膜破裂（在表面或裂纹面）b）电化学腐蚀（有钝化膜的金属为阴极，新鲜金属为阳极）；c）应力集中，使阳极电极电位降低，加大腐蚀；d）若应力集中始终存在，则微电池反应不断进行，钝化膜不能恢复。则裂纹逐步向纵深扩展。

3、（该理论只能很好地解释沿晶断裂的应力腐蚀）北京科技大学机械工程学院－－版权所有，请勿传播！6应力腐蚀•应力腐蚀机理及断口特征2、断口特征宏观：有亚稳扩展区，最后瞬断区（与疲劳裂纹相似）；断口呈黑色或灰色。微观：显微裂纹呈枯树枝状；腐蚀坑；沿晶断裂和穿晶断裂。北京科技大学机械工程学院－－版权所有，请勿传播！7应力腐蚀•力学性能指标用常规方法测定的σ～t曲SCCf线，得到的σ不能客观地反映SCC材料的应力腐蚀抗力。1、临界应力场强度因子KISCC恒定载荷，特定介质，测K~t曲线。If将不发生应力腐蚀断裂的最大应力场强度因子，称

4、为应力腐蚀临界应力场强度因子。北京科技大学机械工程学院－－版权所有，请勿传播！8应力腐蚀•力学性能指标2、裂纹扩展速度da/dtK>K，裂纹扩展，速IISCC率da/dtda/dt~K曲线上的三个阶I段（初始、稳定、失稳）由（图6-7，P152）可以估算机件的剩余寿命。北京科技大学机械工程学院－－版权所有，请勿传播！9应力腐蚀•防止应力腐蚀的措施1、合理选材；2、减少拉应力；3、改善化学介质；4、采用电化学保护，使金属远离电化学腐蚀区域。北京科技大学机械工程学院－－版权所有，请勿传播！10讲座内容•应力腐蚀•氢脆北京科技大

5、学机械工程学院－－版权所有，请勿传播！11氢脆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（简称氢脆）一、氢在金属中存在的形式内含的（冶炼和加工中带入的氢）；外来的（工作中，吸H）。间隙原子状固溶在金属中；分子状气泡中；化学物（氢化物）。北京科技大学机械工程学院－－版权所有，请勿传播！12氢脆二、氢脆类型及其特征1、氢蚀（或称气蚀）高压气泡（H，CH）24宏观断口：呈氧化色，颗粒状（沿晶）；微观断口：晶界明显加宽，沿晶断裂。2、白点（发裂）氢的溶解度↓，形成气泡体积↑，将金属的局部胀裂。宏观：断面

6、呈圆形或椭圆形，颜色为银白色。甚至有白线。北京科技大学机械工程学院－－版权所有，请勿传播！13氢脆3、氢化物形成氢化物（凝固、热加工时形成；或应力作用下，元素扩散而形成）。氢化物很硬、脆，与基体结合不牢。裂纹沿界面扩展。4、氢导致延滞断裂由于氢的作用而产生的延滞断裂现象。原因：氢显著降低金属材料的断后伸长率。条件：一定温度范围；慢速加载（恒载）北京科技大学机械工程学院－－版权所有，请勿传播！14氢脆三、钢的氢致延滞断裂机理三个阶段：孕育，亚稳扩展，失稳扩展。1）孕育期氢原子数量↑；扩散，偏聚。氢固溶，在位错线周围偏聚，形成

7、气团；位错运动受阻，产生应力集中，萌生裂纹。2）温度的影响ttH氢气团扩散，无氢脆。3）应力状况应变速率高，不会出现氢脆。拉应力促进H溶解。高强钢的氢致延滞裂还具有可逆性。[循环软化]北京科技大学机械工程学院－－版权所有，请勿传播！15氢脆四、氢致延滞断裂与应力腐蚀的关系“相互促进”；阳极溶解、金属开裂；阴极吸氢，延滞断裂。五、防止氢脆的措施1）材料降低含氢量，细化组织；2）环境减少吸氢的可能性；3）力学因素减小残余应力。北京科技大学机械工程学院－－版权所有，请勿传播！1

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