应力作用下的腐蚀课件.ppt

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1、第五章应力作用下的腐蚀第一节应力腐蚀破裂第二节氢损伤（氢脆）第三节腐蚀疲劳第四节磨损腐蚀材料通常是在应力(外加应力或内应力)与环境介质的共同作用下工作的，因而常常导致更为严重的腐蚀破坏。1.受力情况:拉伸应力、交变应力、摩擦力、振动力等.2.分类：根据腐蚀形态可分为：应力腐蚀、腐蚀疲劳、磨损腐蚀、氢脆等等。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。第一节应力腐蚀破裂（StressCorrosionCrackingSCC）一、应力腐蚀破裂的特征1发生应力腐蚀破裂需同时具备的三个条件：（1）特定的合

2、金成分和组织：包括合金的晶粒大小、晶粒取向、形态、相结构、各类缺陷、加工状态等。（2）特定环境：包括介质成分、浓度、杂质和温度。如下表引起合金产生SCC的某些介质；（3）足够大的拉伸应力（超过某一极限值）Table5.1引起合金产生SCC的某些介质2发生应力腐蚀破裂有三个敏感电势区（1）区域1：活化－阴极保护过渡区（2）区域2：活化－钝化电势过渡区（3）区域3：钝化－过钝化电势区3只有拉伸应力引起应力腐蚀破裂，压应力不引起应力腐蚀破裂拉伸应力的来源：（1）残余应力（2）外应力和载荷（工作应力）（3）不均匀应力（4）热应力拉应力方向4：应力断裂过程应力腐蚀

3、断裂是材料在应力和环境共同作用下经过一段时间产生裂纹，然后裂纹逐渐扩展，达到临界尺寸后发生失稳断裂。可分成三个阶段：孕育期—裂纹萌生阶段，裂纹源成核所需时间，约占整个时间的90%。裂纹扩展期—裂纹成核后直至发展到临界尺寸所经历的时间，裂纹扩展主要由电化学过程控制。快速断裂期—裂纹达到临界尺寸后，由纯力学控制，裂纹失稳导致断裂。整个断裂时间与材料、环境、应力有关，短则几分钟，长达若干年。5.应力腐蚀断裂形貌：脆性断裂应力腐蚀裂纹主要特点是：裂纹起源于表面；裂纹的长宽不成比例；裂纹扩展方向一般垂直于主拉伸应力的方向；裂纹—般呈树枝状。断裂前没有明显的宏观塑性

4、变形，往往会导致无先兆灾难性事故。拉应力方向铜合金的晶间应力腐蚀断裂二、应力腐蚀破裂的机理1快速溶解理论（电化学阳极溶解理论）该理论认为，金属在应力和腐蚀的共同作用下，局部位置产生裂纹。这种裂纹的形成是由于电化学快速溶解而形成的。其过程：（1）金属表面存在一层保护膜。且膜上存在缺陷；（2）缺陷部位上的电极电势比其他完整部位低，成为活性点；（3）应力作用下，活性点处被破坏，成为腐蚀电池的阳极；（4）阳极面积小，阴极面积大，腐蚀电流加大，活性点处的金属溶解；（5）形成沟状裂纹，裂纹尖端处应力集中，加速阳极溶解，使裂纹继续扩展，导致金属破裂。应力腐蚀电化学快速

5、溶解模型2表面膜破裂理论（滑移－溶解－断裂理论）（1）金属内部的位错在应力作用下滑移，造成位错重新堆积；（2）应力加大，使位错滑移后的表面膜破裂；（3）膜的局部破裂，露出金属部分成为阳极被腐蚀介质溶解，形成“隧洞”；（4）由阳极溶解过程的阳极极化，使阳极周围重新钝化，形成保护膜；（5）在应力继续作用下。蚀孔底部应力集中使膜再次破裂，成为新的活性阳极区，加速阳极溶解，蚀孔进一步加深；（6）膜反复形成、破坏，使裂纹向纵深发展，形成穿晶型应力发生破裂；三应力腐蚀破裂的影响因素以不锈钢的氯化物应力腐蚀破裂为例（不锈钢氯脆）1腐蚀介质（1）氯化物种类的影响影响程度

6、Mg2+>Fe2+>Ca2+>Li+>Na+;（2）氯化物浓度和温度的影响在50℃～300℃内，同温度下，浓度升高，氯脆敏感性增大；随浓度升高，沸点升高，氯脆敏感性增大；不锈钢构件在Cl-存在下发生SCC事例1、一个高压釜用18-8型不锈钢（铬镍奥氏体不锈钢，基本组成为Cr18Ni9）锻造，壁厚5cm。釜外用碳钢夹套通冷却水，冷却水为优质自来水，含氯化物量很低。高压釜进行间隙操作，每次使用后将夹套中的水排放掉，仅操作一段时间，高压釜外表面（冷却水侧）上形成大量裂纹。问题：（1）腐蚀类型（2）造成腐蚀的原因2、某厂一根304型不锈钢管道，输送138～149

7、℃的蒸气，管子外表面发生SCC，造成蒸气外泄。破裂的位置在管子上的一个标牌下面，这个2.5cm×3.8cm的标牌是用聚氯乙稀塑料制作的。问题：分析产生SCC的原因。（3）pH的影响应力腐蚀破裂的敏感区，pH值为6-7;pH值过低，引起金属全面腐蚀；pH值过高，氢氧化物膜形成，减缓应力腐蚀；（4）电势的影响由于应力腐蚀破裂常发生在三个过渡电势区，由此，可用外加电流进行阳极或阴极极化来改变电势。阳极极化使破裂时间缩短（加快应力腐蚀），阴极极化可以抑制腐蚀破裂。2力学因素（1）应力的影响发生应力腐蚀的应力主要来自材料的加工和使用过程；产生应力腐蚀破裂的应力值一

8、般低于材料的屈服点。在大多数产生应力腐蚀的系统中，存在一个临界应力值。腐蚀开裂门