金属材料中的应力腐蚀研究VIP免费

金属材料的应力腐蚀开裂研究汇报人：封帆小组成员：杨宝磊刘鑫周蒙张晓峰韩昆目录第一章断裂力学基础第二章断裂物理基础与微观机理第三章环境断裂的研究方法与测试表征第四章环境断裂的理论应用与实际案例第五章参考文献第一章断裂力学基础一、裂纹分类•I型裂纹-张开型裂纹，受拉力作用，裂纹面张开；•II型裂纹-滑开型裂纹，受面内剪力作用（刃型位错）；•III型裂纹-撕开型裂纹，受面外剪力作用（螺旋位错）；IⅡⅢ二、应力腐蚀开裂界限应力强度因子KISCC定义：在平面应变条件下导致应力腐蚀裂纹萌生的临界应力强度因子值。当外加应力σ=σc从而裂纹尖端应力强度因子KI=KIC时，试样才会发生快速断裂，如外加应力σI＜σC，初始应力强度因子KI＜KIC，试样不会立即断裂。应力强度因子越小，断裂所经历的时间越长，当KI小于某一数值时，断裂前的寿命成为无限大，不会发生应力腐蚀断裂。这个值称为应力腐蚀开裂界限应力强度因子，用KISCC表示。第一章断裂力学基础三、应力腐蚀裂纹扩展速率da/dt对确定的材料来讲，应力腐蚀裂纹扩展速率da/dt是应力强度因子KI的函数，其关系曲线如下图所示。一般分三段：•第Ⅰ段：在KI刚超过KISCC，是一段孕育期，裂纹突然加速发展；•第Ⅱ段：水平阶段，da/dt和KI关系不大，这一阶段主要是由电化学过程超控制作用；•第Ⅲ段：最后加速阶段，裂纹长度已接近临界尺寸，随着KI增大，da/dt迅速增大，直到最后断裂。第一章断裂力学基础一、应力腐蚀产生的条件•条件：特定的材料、特定的环境介质以及足够大的拉应力。三者并不是简单的叠加而是有相互促进作用。第二章断裂物理基础与微观机理二、特征•应力：必须有应力，特别是拉应力的作用，远低于材料的屈服强度，应力腐蚀造成的破坏是脆性断裂；•介质：对一定成分的合金，只有在特定介质中才发生应力腐蚀断裂；•速度：应力腐蚀断裂速度约为10-8~10-6m/s数量级的范围内，远大于没有应力时的腐蚀速度，又远小于单纯力学因素引起的断裂速度。第二章断裂物理基础与微观机理•形貌特征：取决于合金成分、强度级别、环境体系以及应力强度因子的大小，断口形貌多呈海滩条纹、羽毛状、撕裂、扇形和冰糖块状。第二章断裂物理基础与微观机理三、微观机理1、阳极溶解机理第二章断裂物理基础与微观机理阳极溶解机理示意图阳极溶解SCC机理就是金属表面氧化膜由于某种原因遭到破坏，露出的新鲜金属成为微电池的阳极，未遭破坏的氧化膜成为阴极。由于阳极面积小，阴极面积大，所以阳极腐蚀电流很大，阳极区会被腐蚀成沟形裂纹，加上应力的作用，裂纹扩展，同时裂纹尖端产生应力集中，使其附近产生塑性变形，加速阳极溶解，裂纹继续扩展直至断裂。2、氢致开裂机理氢致开裂型SCC理论认为，阳极金属溶解所对应的阴极过程是析氢反应，由于裂纹中酸度提高，电位降低，有利于氢离子还原的阴极过程，析出的氢部分被金属吸收并向内部扩散，而且氢原子能扩散进入金属材料并控制裂纹的形核和扩展，这一类应力腐蚀就称为氢致开裂型应力腐蚀。第二章断裂物理基础与微观机理氢致开裂机理示意图第三章断裂的研究方法与测试表征一、研究方法•慢应变速率拉伸法：以相当缓慢的应变速率给处于腐蚀介质中的试样施加载荷，以考察材料应力腐蚀敏感性大小。因此，应变速率是试验过程中的一个关键参数。对于大多数材料－环境体系，最为敏感的应变速率为10-6s-1~10-7s-1；•恒载荷加载法：试验过程中试样加载载荷保持不变的一种评价方法。将试样的一端固定，另一端加上恒定的拉伸静载荷，然后将试样浸泡在腐蚀介质中，记录SCC发生的时间。恒载荷法特别适用于初始应力明确，试验过程中应力保持恒定的情况；第三章断裂的研究方法与测试表征•恒位移法：又称恒总应变法，首先通过拉伸或弯曲使试样产生变形，然后借助具有足够刚性的框架或螺栓以维持这种变形，即在整个试验过程中试样变形的总位移量是恒定的。这种加载方式往往用于模拟工程构件中的加工制造应力状态，属于应力腐蚀最常用的一种评价手段。第三章断裂的研究方法与测试表征二、测试表征应力腐蚀是材料，环境介质和应力交互作用的结果，因此研究SCC的常用方法有物理方法、电化学方...