第06章-金属的应力腐蚀和氢脆断裂ppt课件.ppt

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1、第六章金属的应力腐蚀和氢脆断裂1引言§6.1应力腐蚀§6.2氢脆2残余应力与环境共同作用下的低应力脆断发动机的主轴断裂，1938起落架断裂，导致尾翼着地起火爆炸3§6.1应力腐蚀一、应力腐蚀及其产生条件1、定义与特点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。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。42、产生条件拉应力：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：合金成分、位错等。5二、应力腐蚀1、机理滑移—溶解理论（钝化膜破坏理论

2、）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；闭塞电池理论，氢致开裂理论6d）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。（该理论只能很好地解释沿晶断裂的应力腐蚀）72、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：显微裂纹呈树枝状；“泥状花样”的腐蚀产物和腐蚀坑；沿晶断裂或穿晶断裂。2024铝合金SCC断口上的泥纹花样应力腐蚀裂纹的分叉现象断裂过程：与疲劳断

3、裂相似，包含裂纹萌生、亚稳扩展、失稳扩展8三、力学性能指标1、临界应力场强度因子KISCC恒定载荷，特定介质，测KI～tf曲线。将不发生应力腐蚀断裂的最大应力场强度因子，称为应力腐蚀临界应力场强度因子KISCC。应力腐蚀的断裂判据:光滑试样92、裂纹扩展速度da/dtKI>KISCC，裂纹扩展，速率da/dt～KI曲线上的三个阶段（初始、稳定、失稳），由图6-7（P152）可以估算机件的剩余寿命。10四、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。11§6.2氢脆由于氢和应力

4、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）。高强钢电镀充氢后的氢脆沿晶断口12二、氢脆类型及其特征1、氢蚀（或称气蚀）高压气泡（H2，CH4）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：断面呈圆形或椭圆形，颜色为银白色，甚至有白线。133、氢化物形成氢化物（凝固、热加工时形成；或

5、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）14三、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）孕育期氢固溶，在位错线周围偏聚，形成气团；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。拉应力促进氢溶解。15四、氢致延滞断裂与应力腐蚀的关系“相互

6、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、环境因素切断氢进入金属的途径，如表面涂层。2、力学因素降低残余拉应力，引入压应力。163、材质因素（1）含S、C、P较少的钢，氢脆的敏感性较低；（2）钢强度越高，对氢越敏感；（3）球状珠光体对氢的敏感性较低；（4）细化晶粒度有助于提高抗氢脆能力；（5）冷变形使氢脆敏感性增大。17氢脆与应力腐蚀的区别1、应力腐蚀是阳极溶解过程，阳极电流加速开裂；氢脆是阴极吸氢过程，阴极电流加速开裂。2、裂纹位置，应力腐蚀裂纹在表面（尖角、刻痕、腐蚀坑）；氢脆裂纹在表面以下。3、应力腐蚀裂纹分

7、叉；氢脆裂纹没有分叉。4、氢脆断口没有腐蚀产物，而应力腐蚀断口有明显腐蚀产物。5、氢脆对温度和形变速率很敏感，只在一定温度范围内出现，温度区间决定于合金的化学成分和形变速率。18TheEnd19