第九章_环境介质作用下的金属力学性能ppt课件.ppt

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1、第九章环境介质作用下的金属力学性能在特定外界条件下工作的机件，虽然所受应力低于材料屈服强度，但服役一定时间后，也可能发生突然脆断。这种与时间有关的低应力脆断称为延滞断裂。外界条件可以是应力，如交变应力；也可以是环境介质，如腐蚀介质、氢气氛或热作用等。由交变应力引起的延滞断裂，就是疲劳断裂；而在静载荷与环境联合作用下引起的延滞断裂，叫做静载延迟断裂，或称静疲劳；如果在腐蚀介质中承受交变应力作用，则产生腐蚀疲劳。18-8奥氏体不锈钢Intergranular-SCC慢应变速率应力腐蚀试验机(一)应力腐

2、蚀现象StressCorrosionCracking由拉伸应力和腐蚀介质联合作用而引起的低应力脆性断裂称为应力腐蚀（常用英文的三个字头SCC表示）。一.应力腐蚀现象及其特征第一节应力腐蚀断裂应力腐蚀的介质-----特定黄铜----------氨气氛不锈钢--------氯离子的腐蚀介质1．只有在拉伸应力作用下才能引起应力腐蚀开裂。2．产生应力腐蚀的环境总是存在腐蚀介质，这种腐蚀介质一般都很弱，如果没有拉应力的同时作用，材料在这种介质中腐蚀速度很慢。应力腐蚀断裂的特定的条件：合金腐蚀介质碳钢荷性钠溶

3、液，氯溶液，硝酸盐水溶液，H2S水溶液，海水，海洋大气与工业大气奥氏体不锈钢氯化物水溶液，海水，海洋大气，高温水，潮湿空气（湿度90%），热NaCl，H2S水溶液，严重污染的工业大气马氏体不锈钢氯化的，海水，工业大气，酸性硫化物航空用高强度钢海洋大气，氯化物，硫酸，硝酸，磷酸铜合金水蒸汽，湿H2S，氨溶液铝合金湿空气，NaCl水溶液，海水，工业大气，海洋大气表10-1合金产生应力腐蚀的特定腐蚀介质3．应力腐蚀的裂纹扩展一般在10-9-10-6m/s，象疲劳。亚临界扩展-------临界尺寸----

4、--突然断裂阳极：失去电子发生氧化反应（被腐蚀）电化学腐蚀的过程阴极：得到电子发生还原反应MMn+＋ne析氢反应（电解质中H+高时）吸氧反应（电解质中O2高时）腐蚀原电池(NH4)Cl碳棒锌外壳在锌壳上的阳极反应在碳棒上的阴极反应Zn→Zn2++2e2H++2e→H2结果：Zn被离子化（腐蚀）。（二）应力腐蚀断口特征应力腐蚀断裂也是通过裂纹形成和裂纹扩展这两个过程.一般认为裂纹形成约占全部时间的90%左右.裂纹扩展仅占10%左右。应力腐蚀断裂可以是沿晶断裂，也可以是穿晶断裂。取决于合金成分及腐蚀

5、介质.应力腐蚀的断口，其宏观形貌属于脆性断裂，有时带有少量塑性撕裂痕迹。裂纹源可能有几个，但往往是位于垂直主应力面上的那个裂纹源才引起断裂。其裂纹源及亚稳扩展区常呈黑色或灰黑色，失稳扩展区的断口常有放射花样或人字纹,光亮色。加热器弯头，存在明显裂纹。断口在宏观上表现为无光泽，深褐色，有腐蚀产物。1Cr18NiTi不锈钢试件应力腐蚀断口断口1—解理及沿晶断裂；断口2—沿晶断裂；断口3—解理+疲劳断裂（表面显示出深的二次裂纹，河流花样，疲劳条带）；断口4—解理+显微空穴聚集断裂应力腐蚀的断口，其宏观形

6、貌属于脆性断裂，断口大部分呈明显的结晶状，25CrMo钢H2S应力腐蚀断口及微观特征二断裂力学在应力腐蚀中的应用应力腐蚀断裂是一种与时间有关的延滞断裂。用裂纹扩展速率da/dt来描述应力腐蚀裂纹的亚临界扩展。当裂纹前端的应力场强度因子KI大于材料的KISCC时，材料就可能产生应力腐蚀开裂而导致破坏，其开裂判据为：式中KI裂纹尖端应力场强度因子，公斤力/毫米3/2；KISCC应力腐蚀临界应力场强度因子，公斤力/毫米3/2；σ断裂抗力，公斤力/毫米3/2α裂纹的半长度，毫米Y裂纹形状系数。或（一）KI

7、SCC的概念当K1降低到某一定值后，材料就不会由于应力腐蚀而发生断裂（即材料有无限寿命），此时的K1就叫做应力腐蚀临界应力场强度因子，并以KISCC表示。在lg(da/dt)-K1的坐标上，其关系如图(p167)，曲线一般可分成三段。（二）应力腐蚀裂纹扩展速率当裂纹前端的KI>KISCC时，裂纹就会随时间而长大。单位时间内裂纹的扩展量叫做应力腐蚀裂纹扩展速率，用da/dt表示，实验证明，da/dt和裂纹前端的应力场强度因子有关。即第Ⅰ阶段，当:KI>KIscc时，裂纹经过一段孕育期后突然加速扩展，

8、da/dt与KI的关系曲线几乎与纵坐标轴平行。第Ⅱ阶段，曲线出现水平段，da/dt与KI几乎无关，因为这一阶段裂纹尖端变钝，裂纹扩展主要受电化学过程控制。第Ⅲ阶段，裂纹长度已接近临界尺寸，da/dt又明显地依赖KI，da/dt随KI而增加而增大，这是材料走向快速扩展的过渡区，当KI达到K1c时，便发生失稳扩展，材料断裂。保护膜破坏机理滑移——膜破——阳极溶解——再钝化三应力腐蚀断裂机理（二）改变介质条件（三）选用合适的合金材料（四）采用电化学保护四预防机件应力腐蚀断裂的措施（一）降