Chapter_6__金属的应力腐蚀和氢脆断裂课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2020/9/14,#,第六章 金属的应力腐蚀和氢脆断裂,一、应力腐蚀断裂现象,应力腐蚀现象最先发现于黄铜零件中,一次大战中，冷冲子弹壳，开裂现象,含微量,氨气,的海风,子弹壳开裂现象：,润滑用肥皂水中含微量,铵离子,第一节 应力腐蚀,第六章 金属的应力腐蚀和氢脆断裂一、应力腐蚀断裂现象第一节,1,又例：,1967年12月美国俄亥俄桥突然塌陷，死46人，钢梁：应力大气中微量H,2,S。,铆接锅炉爆炸：水中含少量NaOH，造成,低碳钢的碱脆,。,飞机起落架断裂,低合金超高强度钢的氢脆,另：奥氏体不锈钢的氯脆,共性,：,应力与某种腐蚀介质共存,应力腐蚀断裂,又例：,2,二、应力腐蚀断裂定义及产生条件,1 定义：材料在,拉应力,和,特定的环境介质共同,作用下，经过一段时间，所产生的,低应力脆性断裂,现象，称为应力腐蚀断裂。,危害：缓和的介质较小的应力,导致应力腐蚀破坏的介质为不腐蚀或轻微腐蚀；,导致应力腐蚀破坏的应力为极小应力,二、应力腐蚀断裂定义及产生条件 危害：缓和的介质较小的应,3,2 应力腐蚀的特征,造成应力腐蚀破坏的应力一般是拉应力；,实质：压应力腐蚀破坏速度极小,只有特定的合金成分与特定的介质相组合才会造成应力腐蚀破坏表61；,Al-Mg合金系：W,Mg,4%时,、亦为产生的条件,2 应力腐蚀的特征,4,只有合金才产生应力腐蚀，纯金属极少。,例如：a、氢氧化铵溶液中,纯铜无脆化现象,含0.004%P的铜脆化现象,b、硝酸盐中：,纯铁无脆化，工业纯铁脆化,应力腐蚀断裂速度(10,4,-10,1,cm/h)远大于工业上正常纯腐蚀速度(10,5,cm/h),只有合金才产生应力腐蚀，纯金属极少。应力腐蚀断裂速度,5,三、应力腐蚀断裂机理,1 钝化膜破坏机理：,(1)拉应力引起滑移局部保护膜破裂；,应力腐蚀断裂机理简图,(2)阳极反应蚀坑,M M,+n,+ne,裂纹产生,(3)尖端产生应力集中，使阳极电位下降，溶解加速裂纹扩展,三、应力腐蚀断裂机理应力腐蚀断裂机理简图(2)阳极反应,6,2 应力腐蚀断裂过程,(1)孕育阶段：裂纹产生前,(2)裂纹亚稳扩展阶段：裂纹缓慢扩展,(3)裂纹失稳扩展阶段：最后的机械破坏,2 应力腐蚀断裂过程,7,3 断口形貌,(1)宏观形貌特征：,与疲劳断口相似，裂纹起源于表面，有亚稳扩展区和最后瞬断区宏观上是脆性断裂。,(2)微观形貌特征:,a、泥状花样及腐蚀坑,b、多为沿晶断裂，少量穿晶解理断裂；,c、应力腐蚀的显微裂纹有分叉现象。,3 断口形貌(2)微观形貌特征:,8,Chapter_6_金属的应力腐蚀和氢脆断裂课件,9,光滑试样的应力腐蚀的t,f,关系曲线,90%t,f,缺点：,t,裂纹形成,90%t,f,不能真实反映带裂纹试样,四、应力腐蚀力学性能指标,1、,不发生应力腐蚀的临界应力,SCC,早期：光滑试样，(应力介质)环境下，测定-t,f,(不同应力水平-断裂时间)关系曲线,SCC,光滑试样的应力腐蚀的tf关系曲线90%tf缺点：四、应力,10,2、,应力腐蚀临界应力场强度因子K,ISCC,采用预制裂纹的试样：,裂纹应力,应力场强度因子,某种钛合金预制裂纹试样的K,I,t,f,曲线,不发生应力腐蚀的最大应力场强度因子,K,ISCC,2、应力腐蚀临界应力场强度因子KISCC某种钛合金预制裂纹,11,引入：应力腐蚀临界应力场强度因子K,ISCC,（1）,定义,：,试样在特定化学介质中不发生应力腐蚀断裂的最大应力场强度因子，也称为应力腐蚀门槛值。,（2）,意义,：表示含有宏观裂纹的材料在应力腐蚀条件下的断裂韧度。,一定的材料与介质，K,ISCC,值恒定。,力学性能指标，,引入：应力腐蚀临界应力场强度因子KISCC,12,（3）断裂判据：,裂纹尖端K,I初始,K,IC,时，立即断裂。,断裂判据,当K,ISCC,K,I初始,K,IC,时，,随K,I初始,，断裂时间。,K,I初始,K,ISCC,时，不断裂,（3）断裂判据：,13,（4）,K,ISCC,测定方法,：,预制裂纹试样化学介质，,在恒定载荷(拉伸应力)下，测定发生断裂时间与初始应力场强度因子(K,I初始,)的关系;,施加不同的载荷F，使裂纹前端产生不同大小的初始应力场强度因子K,I,K,I初始,t,f,曲线。,（4）KISCC测定方法：,14,五、预防应力腐蚀断裂的措施,1、消除或减少机件中的残余拉应力。,（1）退火消除残余应力。,（2）改变应力状态：,采用喷丸、表面热处理,表面压应力；,构件结构的改进,减小应力集中,五、预防应力腐蚀断裂的措施,15,2、改善介质条件：,消除或减少助长应力腐蚀开裂的有害化学离子。,离子交换法、添加缓冲剂等。,3、合理选材：,根据介质，避开敏感合金(表61),4、采用电化学保护,外加电位，使偏离腐蚀电位,2、改善介质条件：,16,钝化膜破坏机理,阳极反应敏感型应力腐蚀,两极反应：,阳极：FeFe,2,2e,阴极：H,+,e,H,；2HH,2,第二节 氢脆,原子态氢：,溶入钢中会引起脆性,故：阴极反应是否引起脆性取决于溶入金属的,原子态氢数量、扩散能力、基体受力状况等,阴极反应引起脆性时,阴极反应敏感型应力腐蚀,钝化膜破坏机理第二节 氢脆 原子态氢：溶入钢中会引起,17,a 应力腐蚀断裂 b 氢致延滞断裂,a 应力腐蚀断裂 b 氢致延滞断裂,18,一、氢脆概念,由于氢和应力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(氢脆)。,类型：,氢蚀、,白点(发裂)、,氢化物致脆,氢致延滞断裂,一、氢脆概念类型：,19,类型,脆化机制,氢蚀,氢与材料中第二相反应生成高压气体(例：钢中氢与碳化物生成CH,4,)，气体在晶界聚集造成脆性。,白点,(发裂),过饱和氢在金属中偏聚形成氢气，体积膨胀引起大的内应力，导致微裂纹，裂纹断面呈银白色椭圆状。,氢脆,类型及脆化机制,类型脆化机制氢蚀氢与材料中第二相反应生成高压气体(例：钢中氢,20,类型,脆化机制,氢化物致脆,氢和金属原子形成脆性氢化物。,氢致延滞断裂,含一定量固溶态氢的金属，在低于材料屈服强度的应力持续作用下，经过一段孕育期后，在金属内部尤其是三向拉应力区形成裂纹、裂纹逐步扩展、最后突然脆性断裂的现象。,氢脆,类型及脆化机制,类型脆化机制氢化物致脆氢和金属原子形成脆性氢化物。氢致延滞断,21,二、氢致延滞断裂产生机理：,当原子态氢结合成H,2,受阻时，原子态H进入金属，氢在刃型位错处聚集，形成氢气团,拉应力下，位错运动 氢气团钉扎作用应变硬化,位错运动受阻 位错塞积，氢原子聚集产生应力集中产生裂纹扩展断裂氢脆。,二、氢致延滞断裂产生机理：,22,三、氢致延滞断裂的特点,(1)对应变速度敏感,变形速度愈慢，脆性发展愈明显；,静载荷能够反映氢的影响，而标准拉伸试验速度下不呈现脆性。,对应变速度的敏感性是氢脆区别于其它脆性的明显标志之一,。,提高应变速度可降低材料对氢脆敏感度,三、氢致延滞断裂的特点,23,(2)对温度敏感,只在一定温度范围内出现。,高强度钢：100150，尤室温敏感,氢脆区别于其它脆性的标志之二,。,(3)具可逆性,有氢脆的材料通过调整温度、脱氢或冲氢处理、应变速率的调整，可使氢脆现象消除或重现。,但是已产生微裂纹的无法恢复,(2)对温度敏感,24,形变速率与温度的综合作用：,形变速率，则出现氢脆的温度，这是由于温度才能使H的扩散速率跟上位错的运动速度，从而起到“钉扎”作用。,氢脆对温度、应变速率敏感的原因,形变速率与温度的综合作用：,25,结束语,当,你尽了自己的最大努力,时,，,失败,也是伟大,的，所以不要放弃，坚持就是正确的。,When You Do Your Best,Failure Is Great,So DonT Give Up,Stick To The,End,结束语,26,感谢聆听,不足之处请大家批评指导,Please Criticize And Guide The,Shortcomings,演讲人：,XXXXXX,时 间：,XX,年,XX,月,XX,日,感谢聆听演讲人：XXXXXX 时 间：XX年,27,