《应力腐蚀》PPT课件

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1、3.6应力腐蚀3.6.1应力腐蚀的概述应力与环境共同作用下的腐蚀是局部腐蚀的一大类型。材料除受环境作用外还受各种应力作用，因此会导致较单一因素下更严重的腐蚀破坏形式。由于材料在环境中受应力作用方式不同，其腐蚀形式也不同。一般可分为：应力腐蚀、腐蚀疲劳、磨损腐蚀，湍流腐蚀，冲蚀等。在这类腐蚀中受拉应力作用的应力腐蚀是危害最大的局部腐蚀形式之一，材料会在没有明显预兆的情况下突然断裂。应力腐蚀(英文缩写SCC)是指金属材料在特定腐蚀介质和拉应力共同作用下发生的脆性断裂SCC是普遍的现象19世纪下叶黄铜弹壳开裂;19世纪末蒸汽机车的锅炉碱脆;20世纪20年代铝合

2、金在潮湿大气中的SCC;30年代奥氏体不锈钢SCC;40年代含S的油、气设备出现的开裂事故;50年代航空技术中Ti合金SCC等等。SCC的现象是普遍存在，又是“灾难性的腐蚀”。因此在满足新兴工业对材料要求的同时，不能不考虑SCC对设备安全的威胁。SCC广泛涉及国防、化工、电力、石油、宇航、海洋开发，原子能等部门，是近年来在腐蚀领域中研究最多的课题。SCC的破坏事故在工程中比例相当高据美国杜邦公司统计，1968~1969年，在全部设备腐蚀破坏中SCC占21.6％;联邦德国一家大化工厂统计，1968~1972年间，在全国设备腐蚀破坏事故中，SCC超过总数的1

3、％;我国事故未做系统的统计和估算，但问题严重的，如2.5万kw汽轮机末级叶轮由于SCC而造成的叶轮开裂事故，原子反应堆的热交换管由于SCC而发生严重泄漏事故等。由SCC造成的经济损失是相当可观的，因此对材料的SCC研究已成为腐蚀领域重要课题。3.6.2应力腐蚀发生的条件和特征3.6.2.1应力腐蚀发生的条件发生应力腐蚀断裂需要具备三个基本条件：1)敏感材料。合金比纯金属更易发生应力腐蚀开裂。一般认为纯金属不会发生应力腐蚀断裂。据报导，纯度达99.999％的钢在含氨介质中没有发生腐蚀断裂，但含有W(P)＝0.004％或W(Sb)=0.01％时，则发生了应力

4、腐蚀开裂;纯铁中碳的质量分数为0.04％C时，在热硝酸盐溶液中就容易产生硝脆等，说明合金比纯金属更易产生应力腐蚀开裂。应力腐蚀发生的条件2)特定的腐蚀介质。对于某种合金，能发生应力腐蚀断裂与其所处的特定的腐蚀介质有关。而且介质中能引起SCC物质浓度一般都很低．如N2O4中含有痕量的O2就可使Ti合金贮罐发生破型，在核电站高温水介质中仅含质量分数为ppmCl-和O2时，奥氏体不锈钢就可发生应力腐蚀开裂。应力腐蚀发生的条件3)拉伸应力。拉伸应力有两个来源。一是残余应力(加工、冶炼、装配)，温差热应力及相变的相变应力;二是材料承受外加载荷造成的应力。一般以残余

5、应力为主，约占事故的80％左右，金属与合金所承受的拉应力愈小，断裂时间愈长。应力腐蚀可在极低的应力下(如屈服强度的5％~10％或更低)产生。一般认为当拉伸应力低于某一个临界值时，不再发生断裂破坏，这个临界应力称应力腐蚀开裂门槛值，用K1SCC或临界应力σth表示。SCC在一定的临界电位范围内产生一般发生在钝化—活化过渡区或钝化—过钝化区。3.6.2.2应力腐蚀断裂特征应力腐蚀断裂从宏观上属于脆性断裂。即使塑性很高的材料也无颈缩、无杯锥状现象。腐蚀介质作用，断口表面颜色呈黑色或灰黑色。SCC方式有穿晶断裂、晶间型断裂、穿晶与晶间混合型断裂。晶间断裂呈冰糖块

6、状;穿晶断裂具有河流花样等特征。SCC断口微观特征较复杂，视具体合金与环境而定.微断口上往往可见腐蚀坑及二次裂纹。断裂的途径与具体的材料-环境有关。裂纹走向与主拉伸应力的方向垂直。腐蚀裂缝的纵深比其宽度要大几个数量级。裂纹一般呈树枝状3.6.2.3应力与断裂时间关系应力腐蚀断裂是材料在应力和环境共同作用下，经过孕育期产生裂纹，然后裂纹逐渐扩展，达到临界尺寸。当裂纹尖端的应力强度因子K1达到材料的断裂韧性K1c时，发生失稳断裂。SCC过程可分为三个阶段：1)孕育期。孕育期是在无预制裂纹或金属无裂纹、无蚀孔、缺陷时，裂纹的萌生阶段．即裂纹源形成所需要的时间。

7、因此又称为潜伏期、引发期或诱导期。孕育期的长短取决于合金的性能、腐蚀环境以及应力大小。一般约占总断裂时间tf的90％左右。应力与断裂时间关系2)裂纹扩展期。是裂纹成核后直至发展到临界尺寸所经历的时间。这一阶段裂纹扩展速度与应力强度因子大小无关。裂纹扩展主要由裂纹尖端的电化学过程控制。裂纹扩展速度介于没有应力下腐蚀破坏速度和单纯的力学断裂速度之间，一般在0.5~10mm/h的范围内。应力与断裂时间关系3)失稳断裂。这一阶段，裂纹的扩展由纯力学因素控制。扩展速度随应力增大而加快，直至断裂。在有预制裂纹、蚀坑的情况下，应力腐蚀断裂过程只有裂纹扩展和失稳快速断裂

8、两个阶段。3.6.2.4裂纹扩展速率(da/dt)与K1SCC关系当裂纹尖端的K