第六章应力腐蚀氢脆2.ppt

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1、第六章环境介质作用下的金属力学性能延滞断裂(低应力脆断)特定外界条件下:低于材料屈服强度服役一定时间后突然脆断§1应力腐蚀断裂（静疲劳）一.现象及其特征拉应力（静应力）+腐蚀介质联合作用→低应力脆断★＜＜材料的屈服强度①脆断，无明显塑变②特定的合金成分+特定的介质一、特点①②③③腐蚀介质（很弱）：材料腐蚀很慢（无应力时）SCC（StressCorrosionCracking）*合金产生应力腐蚀，须：应力+特定腐蚀介质合金腐蚀介质碳钢荷性钠溶液，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Na

2、Cl，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，海洋大气二、应力腐蚀断口特征阴极阳极A应力腐蚀断裂机理附加应力（保护膜增厚）+外加应力（σ）膜裂致阳极溶解+塑性钝化膜裂裂纹扩展滑移——膜破——阳极溶解——再钝化B应力腐蚀裂纹应力腐蚀裂纹20钢的应力腐蚀断口20钢断口腐蚀产物典型的应力腐蚀照片发生应力腐蚀奥氏体不锈钢管道内壁⑴应力腐蚀→断口，则：裂纹形成+裂纹扩展形成约占全部时间90%扩展仅占10%左右A、裂纹形成决定寿命B、可

3、以是沿晶断裂，也可以是穿晶断裂。C、裂纹扩展：10-9-10-6m/s，似疲劳：亚临界扩展-----→临界尺寸----→突然断裂⑵宏观形貌①②③④①脆性断裂，时有少量塑性撕裂痕迹②裂纹源可有几个：垂直⊥主应力面裂纹源引起断裂裂纹源（多个）源源③裂纹源、亚稳扩展区-黑色或灰黑色源亚临界扩展④失稳扩展区断口-常有放射花样（羽毛状）或似“人”字纹,光亮色典型的应力腐蚀照片失稳扩展失稳扩展⑶应力腐蚀抗力指标及测试方法㈠早期，特定介质中、于不同应力下，测定试样滞后破坏时间。采用光滑试样得到不足之处：①②③①因数据分散，有时可能得出错误的结论②不能正确得出裂纹扩展速率的变化规律③费时，且不能用于

4、工程设计㈡断裂力学在应力腐蚀中的应用①+②①断裂力学K1应力腐蚀断裂是一种与时间有关的延滞断裂K1应力腐蚀临界应力场强度因子材料不因应力腐蚀而断裂（即材料有无限寿命）的K1——KISCC⑴KISCC的概念⑵开裂判据裂纹前端的应力场强度因子KI大于材料的KISCC⑶裂纹扩展速率（da/dt）描述应力腐蚀裂纹的亚临界扩展⑶应力腐蚀裂纹扩展速率先决条件：当裂纹前端的KI>KISCC时-应力腐蚀裂纹扩展速率da/dt，和KI有关lg(da/dt)-K1曲线Ⅰ段，KI>KIscc，平行纵坐标轴Ⅱ段★★，裂尖钝，主要受电化学过程控制Ⅲ段，da/dt随KI而↑。达K1c，失稳扩展断裂★★(Ⅱ)时

5、间越长，材料抗SCC性能越好⑷一种测定K1SCC的方法——载荷恒定，使K1不断增大的方法，——最常用：恒载荷的悬臂梁弯曲试验装置裂纹⑸另一种测定K1SCC的方法——位移恒定，K1不断↓,——用紧凑拉伸试样和螺栓加载⑹影响应力腐蚀的因素1.环境因素尤其是溶液PH值2.力学因素A,轧制高强度铝合金7075-T6板材①轧制方向（纵向）②长横向③短横向（沿厚度方向）强度差别：①＞②，①＞＞③,②＞＞③纵向max，厚度minB,不同强度40CrNiMo(4340)3.冶金因素成份组织强度⑺预防机件应力腐蚀断裂的措施①②③④①减少或消除零件中的残余应力②改善介质条件③选用合适的合金材料④采用电

6、化学保护视具体的材料-介质而定§2氢脆（一）氢脆来源和特点含氢气氛的作用而引起的断裂氢脆可分成两大类：第一类为内部氢脆:在材料制造（如：熔炼）和随后加工过程吸收了过量的氢气第二类为环境氢脆，在应力和含氢介质联合作用引起脆性断裂，如:贮氢的压力容器中出现的高压氢脆（二）氢脆断口特征⑴内部氢脆断口往往出现“白点”①氢在缺陷处以分子态析出，②产生高内压，形成微裂纹，其内壁为白色，称白点或发裂。纵向发裂，横断面多呈圆形或椭圆形白点表面光亮呈银白色是一种内部微细裂纹另一种“白点”,呈鱼眼型以材料内部的宏观缺陷如气孔、夹渣等为核心的银白色斑点⑵环境氢脆的特征环境氢脆KthK1降低到某一临界值Kt

7、h→材料不产生断裂，Kth门槛值,KⅠHEC发生环境氢脆两个关键因素H扩散（+临界浓度）与位错的关系氢裂纹扩展Ⅱ阶段-热激活过程，决定于H的扩散速率环境氢脆发生在一定的温度范围，和慢的形变速率：最敏感的温度——室温附近形变速率高→位错运动快→H扩散＜位错运动→不显示脆性减少氢脆：①②①内部氢脆，严格执行工艺规定②环境氢脆，×高强度材料强度越高，对氢脆越敏感第七章磨损与接触疲劳1前言机器运转，相互接触零件间因相对运动（或趋势）而产生摩擦，而磨损正是由于摩擦产