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《第06-7章 金屬應(yīng)力腐蝕和氫脆斷裂li_22p》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、1第六章金屬的應(yīng)力腐蝕和氫脆斷裂6.1應(yīng)力腐蝕6.2氫脆第七章金屬的磨損和耐磨性7.1材料的磨損7.2耐磨性7.3接觸疲勞2§6.1應(yīng)力腐蝕6.1.1應(yīng)力腐蝕及其產(chǎn)生條件(1)定義與特點1）應(yīng)力腐蝕斷裂（StressCorrosionCracking，SCC）金屬在拉應(yīng)力和特定的介質(zhì)共同作用下，經(jīng)過一段時間后，所產(chǎn)生的低應(yīng)力脆斷現(xiàn)象。2）特點 拉應(yīng)力、特定介質(zhì)、延時、脆斷。 低碳鋼、低合金鋼——堿脆（苛性堿溶液）、硝脆（硝酸根離子） 奧氏體不銹鋼——氯脆（含氯離子） 銅合金——氨脆（氨氣介質(zhì)）高強度鋁合金脆裂——（潮濕空氣、蒸餾水介質(zhì)）(2)
2、產(chǎn)生條件 應(yīng)力：外應(yīng)力、殘余應(yīng)力（焊接、熱處理過程中）； 化學(xué)介質(zhì)：一定材料對應(yīng)一定的化學(xué)介質(zhì)（表6-1）； 金屬材料：化學(xué)成分（合金對應(yīng)力腐蝕有不同程度的敏感性）、顯微組織、強化程度等。36.1.2應(yīng)力腐蝕(1)機理滑移——溶解理論（鈍化膜破壞理論）a）應(yīng)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(xué)腐蝕（鈍化膜的金屬表面為陰極，新鮮金屬為陽極）陽極金屬成為正離子融入進入電解液，發(fā)生溶解，形成蝕坑。c）應(yīng)力集中，使陽極電極電位降低，加大腐蝕；d）若應(yīng)力集中始終存在，則微電池反應(yīng)不斷進行，鈍化膜不能恢復(fù)。則裂紋逐步向縱深擴展。
3、（該理論只能很好地解釋沿晶斷裂的應(yīng)力腐蝕）42、斷口特征(2)宏觀：亞穩(wěn)擴展區(qū)+最后瞬斷區(qū)（與疲勞斷口相似）；亞穩(wěn)擴展區(qū)可見腐蝕產(chǎn)物和氧化現(xiàn)象，呈黑色或灰色，最后瞬斷區(qū)為快速撕裂，呈脆斷特征。形貌：枯樹枝狀、分叉（圖6-2，P130）。主裂紋擴展較快、其他分支裂紋擴展較慢。據(jù)此可區(qū)別應(yīng)力腐蝕VS腐蝕疲勞和晶間腐蝕等。(3)微觀沿晶斷裂和穿晶斷裂（6-3)a.泥狀花樣，b.腐蝕坑）56.1.3力學(xué)性能指標(biāo)常規(guī)方法(光滑試樣：拉應(yīng)力+腐蝕介質(zhì))測定的σSCC～tf曲線。斷裂總時間tf包括裂紋形成時間與裂紋擴展時間，而裂紋形成時間約占斷裂總時間的9
4、0%。實際機件通常不可避免的存在裂紋或類裂紋缺陷。故σSCC（材料不發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂的臨界應(yīng)力）不能客觀地反映材料的應(yīng)力腐蝕抗力。(1)預(yù)制裂紋+應(yīng)力腐蝕試驗應(yīng)力腐蝕臨界應(yīng)力場強度因子KISCC恒載荷，特定化學(xué)介質(zhì)，測KI~tf曲線。 將不發(fā)生應(yīng)力腐蝕斷裂的最大應(yīng)力場強度因子，稱為應(yīng)力腐蝕臨界應(yīng)力場強度因子——KISCC。判據(jù)：含有裂紋的機件，當(dāng)裂紋尖端的初始應(yīng)力強度因子KI初≤KISCC，原始裂紋在化學(xué)介質(zhì)和力的作用下不會發(fā)生擴展，機件可安全服役。KISCC測量方法——恒載荷法/圖6-6、恒位移法。6(2)應(yīng)力腐蝕裂紋的擴展速度da/dtK
5、I>KISCC，裂紋擴展。擴展速率da/dt——單位時間內(nèi)的裂紋擴展量。da/dt~KI曲線（圖6-7，P132）的三個階段（初始、穩(wěn)定、失穩(wěn)）。第二階段時間越長，材料抗應(yīng)力腐蝕開裂性能越好。如果測出KISCC及第二階段的da/dt，就可估算機件在應(yīng)力腐蝕條件下的剩余壽命。7(四)防止應(yīng)力腐蝕的措施(1)合理選材（原則：選材時，考慮耐應(yīng)力腐蝕性能；在成本和采購便利下，盡量選KISCC較高的材料）；(2)減少拉應(yīng)力（降低應(yīng)力集中，退火，噴丸及其他表面處理）；(3)改善化學(xué)介質(zhì)（水凈化、添加緩蝕劑）；(4)采用電化學(xué)保護，使金屬遠離電化學(xué)腐蝕區(qū)域
6、（外加電位、陰極保護）。8§6.2氫脆氫和應(yīng)力的共同作用，導(dǎo)致金屬材料產(chǎn)生脆性斷裂，稱為氫脆斷裂（氫脆）。6.2.1氫在金屬中存在的形式內(nèi)含的（冶煉和加工/焊接、酸洗、電鍍等過程中帶入的氫）；外來的（工作服役中，吸H）。間隙原子狀固溶在金屬中：一般，氫以間隙狀態(tài)固溶在金屬中，溫度↘，溶解度↘。分子狀氣泡中：氫也可通過擴散聚集在材料缺陷（孔洞、氣泡、裂紋等）處，形成分子氫?；瘜W(xué)物（氫化物）：此外，氫還可與過渡族、稀土或堿金屬元素作用，形成氫化物，或與金屬的第二相作用生成氣體產(chǎn)物，如鋼中的氫VS滲碳體作用，形成甲烷等。96.2.2氫脆類型及其特征
7、(1)氫蝕（氫+金屬中的第二相→高壓氣泡（H2，CH4）沿基體金屬晶界分布，大大降低金屬塑性。 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。碳鋼，溫度低于220℃時，不產(chǎn)生氫蝕。(2)白點（發(fā)裂）當(dāng)鋼中含有過量的氫，IF溶解度↓，如果過量的氫未能逃逸，就會聚集在缺陷位置，形成氣泡，體積↑↑，將金屬的局部脹裂，形成微裂紋。斷口/宏觀：斷面呈圓形或橢圓形，銀白色，故稱為白點。Cr-Ni結(jié)構(gòu)鋼的大鍛件中白點是一種嚴重缺陷。10(3)氫化物致脆IVB、VB族金屬（純Ti、α-Ti、Ni、V、Zr及Nb合金等）與H的親和力大
8、，形成氫化物（凝固、熱加工時形成；或應(yīng)力作用下，元素擴散而形成）。 氫化物很硬、脆，與基體結(jié)合不牢。裂紋沿界面擴展。如晶粒粗大，氫化物在晶界上呈薄片狀，極易產(chǎn)生較大
