应力腐蚀断裂课件.ppt

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1、第七-2章、应力腐蚀应力腐蚀是由于应力（主要是拉应力）和腐蚀环境共同作用而产生的裂纹状破裂，常常表现为低应力脆断。应力腐蚀要素：应力+腐蚀硫化物应力腐蚀开裂——金属材料在拉应力或残余应力和酸性环境的联合作用下发生的突发性断裂。1、定义应力腐蚀破坏特点只有存在应力（特别是拉应力）时，才能产生应力腐蚀裂纹。如：外加应力；加工和热处理过程中引入的残余应力；腐蚀产物的楔入作用引起的扩张应力。对无裂纹的拉伸试样，当σ<<σb,时就能引起应力腐蚀裂纹的产生和扩展。对于预裂纹试样，使裂纹扩展的应力强度因子KI远

2、小于时材料快速断裂的断裂韧性KIC。应力腐蚀断裂是一种与时间有关的滞后破坏。应力腐蚀开裂是一种低应力脆性断裂，而且断裂前没有大的塑性变形，往往会导致无先兆的灾难性事故。发生应力腐蚀破裂的三个条件为：1)特定的腐蚀介质2）一定的拉应力3）材料的成分和组织状态发生应力腐蚀破裂的条件1）特定的腐蚀介质在一定的材料—介质的组合条件下发生应力腐蚀断裂；若无应力作用，金属在介质中腐蚀速度微小。2）一定的拉应力拉应力是发生应力腐蚀开裂的必要条件。应力越大，发生开裂的时间越短。而小于某一应力值就不会发生开裂，此应

3、力值是应力腐蚀的门槛值。3）材料的成分和组织状态材料成分和组织状态对应力腐蚀敏感性影响很大。纯金属不发生应力腐蚀断裂，晶粒粗大的金属应力腐蚀敏感性大。高强度钢应力腐蚀敏感性大，易发生应力腐蚀断裂。发生应力腐蚀破裂的条件应力腐蚀的一般划分：按材料类型按介质类型：碱脆、氢脆、氨脆、氯脆、氦脆、硝脆等。按机理：阳极溶解型，氢致开裂型。若应力不是恒定的，而是重复交变的，则为腐蚀疲劳。必须有应力，才会导致材料的形变和断裂。应力来源：外加载荷残余应力腐蚀产物可以代数叠加，净应力便是应力腐蚀断裂过程的推动力。1

4、）应力——力学因素以Ⅰ型裂纹为例，载荷对裂纹有如下三方面作用：拉开裂纹，当裂纹壁处于钝态时，裂纹尖端表面清洁而新鲜。当整体金属仍是弹性变形状态时，裂纹尖端的前沿为塑性区。裂纹尖端前具有三向拉伸应力区，氢可在此处富集。裂纹尖端易于继续阳极溶解，裂纹壁上阴极反应析出的氢易于进入金属。位错与氢结合；运动的位错快速输送氢。指出富集部位，三向拉伸区较疏松，富集氢可降低应变能。硫化物应力（SSC）腐蚀硫化物应力开裂（SSC）是指金属材料在拉应力或残余应力和酸性环境腐蚀的联合作用下，易发生低应力且无任何预兆的突

5、发性断裂。是酸性环境（又称湿硫化氢环境）中破坏性和危害性最大的一种腐蚀。含硫化氢的水溶液硫化氢气体在水中的溶解度随温度升高而降低。溶解的硫化氢逐步电离而具酸性：H2SHS-+H+HS-S2-+H+硫离子是有效的“毒化剂”，使阴极反应析出的氢原子不易化合成氢分子逸出，而在钢的表面富集且继续进入钢内，造成更大的危害!工程事故1948年Ress报道了煤气罐爆裂的事故，经淬火－回火处理的NiCrMo及MnMo钢，其抗拉强度高达1373～1471MPa，所制成的容器在工作应力小于549MPa时发生爆裂。50

6、年代以来，美国及法国开发含硫化氢的酸性油气田时，发生了大量的脆断事故。60年代初，日本连续出现盛液化石油气的压力容器焊接区的裂缝，也与硫化氢有关。在干燥的硫化氢气体以及饱和硫化氢的煤油或苯中，未发现有开裂现象。因而必须是硫化氢的水溶液或水膜，才会有氢致开裂现象。介质因素1.pH值pH值H+浓度应力腐蚀断裂的敏感性2.H2S浓度当应力一定时，钢的硬度相同H2S含量越低，断裂时间越长。3.温度在室温附近(24℃)，断裂时间最短。一方面，温度，H2S在水中溶解度，腐蚀速度会出现一个敏感性最大的温度。另一

7、方面，氢致开裂需要氢的扩散，在应变速率相同时，温度越高，扩散越快，但H2S溶解度也会出现一个敏感性最大的温度。4.其它介质CO2和醋酸：降低pH值，增加敏感性氧：消耗阴极析出的氢，降低敏感性缓蚀剂：抑制腐蚀，降低敏感性2、应力腐蚀的机理阳极溶解型机理和氢脆机理金属表面化学成分不均匀、组织不均匀、物理状态不均匀和表面钝化膜不完整;金属(金属与腐蚀介质接触)内部有电位不同的点;电位不同的点形成微观腐蚀电池的阴阳极;在微观腐蚀电池中，若阳极溶解（在应力的协同作用下）是断裂的控制过程，则称阳极溶解机理。1

8、）阳极溶解机理裂纹扩展是由于阳极溶解造成的，应力又促进了扩展。若无应力作用，溶解后表面形成保护膜，力学作用使保护膜张开，继续发生阳极溶解，裂纹不断扩展。1）阳极溶解型机理若阴极析出的氢进入金属后，对断裂起了主要作用，则叫氢致开裂机理。如硫化氢溶液有毒化作用（阻止氢原子溢出），这样氢原子就会聚集到裂纹尖端，导致裂纹扩展至金属断裂，这就是氢脆机理。2）氢脆机理焊接时，氢离子结合呈氢原子或氢分子，形成107的大气压。高的压力使钢材表面出现氢鼓包，内部产生裂纹。要求焊接时焊条要烘干，不得受