第06章-金屬的應力腐蝕和氫脆斷裂ppt課件.ppt

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1、第六章金屬的應力腐蝕和氫脆斷裂1引言§6.1應力腐蝕§6.2氫脆2殘余應力與環(huán)境共同作用下的低應力脆斷發(fā)動機的主軸斷裂，1938起落架斷裂，導致尾翼著地起火爆炸3§6.1應力腐蝕一、應力腐蝕及其產生條件1、定義與特點金屬在拉應力和特定的介質共同作用下，經過一段時間后，所產生的低應力脆斷現(xiàn)象。拉應力—特定介質—時間?脆斷。低碳鋼、低合金鋼——堿脆、硝脆；不銹鋼——氯脆；銅合金——氨脆。42、產生條件拉應力：外應力、殘余應力；化學介質：一定材料對應一定的化學介質（表）金屬材料：合金成分、位錯等。5二、應力腐蝕1、機理滑移—溶解理論（鈍化膜破壞理論

2、）a）應力作用下，滑移臺階露頭且鈍化膜破裂（在表面或裂紋面）b）電化學腐蝕（有鈍化膜的金屬為陰極，新鮮金屬為陽極）；c）應力集中，使陽極電極電位降低，加大腐蝕；閉塞電池理論，氫致開裂理論6d）若應力集中始終存在，則微電池反應不斷進行，鈍化膜不能恢復，則裂紋逐步向縱深擴展。（該理論只能很好地解釋沿晶斷裂的應力腐蝕）72、斷口特征宏觀：有亞穩(wěn)擴展區(qū)，最后瞬斷區(qū)（與疲勞裂紋相似）；斷口呈黑色或灰色。微觀：顯微裂紋呈樹枝狀；“泥狀花樣”的腐蝕產物和腐蝕坑；沿晶斷裂或穿晶斷裂。2024鋁合金SCC斷口上的泥紋花樣應力腐蝕裂紋的分叉現(xiàn)象斷裂過程：與疲勞斷

3、裂相似，包含裂紋萌生、亞穩(wěn)擴展、失穩(wěn)擴展8三、力學性能指標1、臨界應力場強度因子KISCC恒定載荷，特定介質，測KI～tf曲線。將不發(fā)生應力腐蝕斷裂的最大應力場強度因子，稱為應力腐蝕臨界應力場強度因子KISCC。應力腐蝕的斷裂判據(jù):光滑試樣92、裂紋擴展速度da/dtKI>KISCC，裂紋擴展，速率da/dt～KI曲線上的三個階段（初始、穩(wěn)定、失穩(wěn)），由圖6-7（P152）可以估算機件的剩余壽命。10四、防止應力腐蝕的措施1、合理選材；2、減少拉應力；3、改善化學介質；4、采用電化學保護，使金屬遠離電化學腐蝕區(qū)域。11§6.2氫脆由于氫和應力

4、的共同作用，而導致金屬材料產生脆性斷裂的現(xiàn)象，稱為氫脆斷裂（簡稱氫脆）一、氫在金屬中存在的形式內含的（冶煉和加工中帶入的氫）；外來的（工作中吸H）。間隙原子狀固溶在金屬中；分子狀氣泡中；化學物（氫化物）。高強鋼電鍍充氫后的氫脆沿晶斷口12二、氫脆類型及其特征1、氫蝕（或稱氣蝕）高壓氣泡（H2，CH4）宏觀斷口：呈氧化色，顆粒狀（沿晶）；微觀斷口：晶界明顯加寬，沿晶斷裂。2、白點（發(fā)裂）氫的溶解度↓，形成氣泡體積↑，將金屬的局部脹裂。宏觀：斷面呈圓形或橢圓形，顏色為銀白色，甚至有白線。133、氫化物形成氫化物（凝固、熱加工時形成；或

5、應力作用下，元素擴散而形成）。氫化物很硬、脆，與基體結合不牢。裂紋沿界面擴展。4、氫致延滯斷裂由于氫的作用而產生的延滯斷裂現(xiàn)象。原因：氫顯著降低金屬材料的斷后伸長率。條件：一定溫度范圍；慢速加載（恒載）14三、鋼的氫致延滯斷裂機理三個階段：孕育，亞穩(wěn)擴展，失穩(wěn)擴展。1）孕育期氫固溶，在位錯線周圍偏聚，形成氣團；位錯運動受阻，產生應力集中，萌生裂紋。2）溫度的影響ttH氫氣團擴散，無氫脆。3）應力狀況應變速率高，不會出現(xiàn)氫脆。拉應力促進氫溶解。15四、氫致延滯斷裂與應力腐蝕的關系“相互

6、促進”；陽極溶解、金屬開裂；陰極吸氫，延滯斷裂。五、防止氫脆的措施1、環(huán)境因素切斷氫進入金屬的途徑，如表面涂層。2、力學因素降低殘余拉應力，引入壓應力。163、材質因素（1）含S、C、P較少的鋼，氫脆的敏感性較低；（2）鋼強度越高，對氫越敏感；（3）球狀珠光體對氫的敏感性較低；（4）細化晶粒度有助于提高抗氫脆能力；（5）冷變形使氫脆敏感性增大。17氫脆與應力腐蝕的區(qū)別1、應力腐蝕是陽極溶解過程，陽極電流加速開裂；氫脆是陰極吸氫過程，陰極電流加速開裂。2、裂紋位置，應力腐蝕裂紋在表面（尖角、刻痕、腐蝕坑）；氫脆裂紋在表面以下。3、應力腐蝕裂紋分

7、叉；氫脆裂紋沒有分叉。4、氫脆斷口沒有腐蝕產物，而應力腐蝕斷口有明顯腐蝕產物。5、氫脆對溫度和形變速率很敏感，只在一定溫度范圍內出現(xiàn)，溫度區(qū)間決定于合金的化學成分和形變速率。18TheEnd19