金属的应力腐蚀和氢脆断裂材料力学性能资料VIP专享VIP免费

1第六章金属的应力腐蚀和氢脆断裂金属机件（或构件）在服役过程中经常要与周围环境中的各种介质相接触。环境介质对金属材料力学性能的影响，称为环境效应。由于环境效应的作用，金属所承受的应力即使低于其屈服强度也会产生突然断裂的现象，即为环境断裂。知识拓展2在静载荷作用下的环境断裂有应力腐蚀和氢脆断裂等，因为它们是随时间延续而造成的断裂，故又称为延滞断裂或静载疲劳。在交变载荷作用下的环境断裂主要是腐蚀疲劳。金属机件在加工过程中往往产生残余应力，在服役过程中又承受外加载荷，如果与周围环境中各种化学介质或氢相接触，便会产生特殊的断裂现象，主要有应力腐蚀断裂和氢脆断裂等。这些断裂形式大多数为低应力脆断，具有很大的危险性。3§6-1应力腐蚀一、应力腐蚀现象及其产生条件1、应力腐蚀现象（1）定义金属在拉应力和特定的介质共同作用下，经过一段时间后，所产生的低应力脆断现象。称为应力腐蚀断裂（StressCorrosionCracking,SCC）。应力腐蚀断裂没有任何明显征兆，会产生灾难性的后果。4⑵特点◆拉应力，特定介质，时间，脆断。◆并不是两种破坏形式的叠加，而是按照特定机理，比叠加起来的抗力还要低的多。◆无论是韧性材料还是脆性材料，均没有明显的征兆就发生低应力脆性断裂，常常造成灾难性事故。5⑶常见的应力腐蚀断裂形式（如表所示）：◆低碳钢和低合金钢在苛性碱溶液中的“碱脆”和在含有硝酸根离子介质中的“硝脆”；◆奥氏体不锈钢在含有氯离子介质中的“氯脆”；◆铜合金在氨气介质中的“氨脆”；◆高强度铝合金在空气、蒸馏水介质中的脆裂等。62、产生条件拉应力、特定化学介质和金属材料是产生应力腐蚀开裂的三个条件。⑴拉应力：包括残余应力和工作应力。焊接、热处理、装配等过程中产生的。产生应力腐蚀开裂的应力一般并不很大。如果没有特定腐蚀介质的协同作用，机件在该应力作用下可以长期服役而不断裂。7⑵化学介质：指特定化学介质。如果没有拉应力的共同作用，材料在这种介质中的腐蚀速度很慢。也就是说，每种材料只对某种介质敏感，这种介质可能对其它材料没有明显的作用。见表所示⑶金属材料：一般只有合金才产生应力腐蚀断裂，纯金属不会产生。在每一种合金系列中，都有对应力腐蚀不敏感的合金成分。如：铝镁合金中当含镁量超过4％，对应力腐蚀很敏感，而镁含量小于4％时，无论热处理条件如何，它几乎都具有抗腐蚀的能力。又如，钢中在含碳量在0.12％左右时，应力腐蚀敏感性最大。8二、应力腐蚀断裂机理和断口形貌特征（一）应力腐蚀断裂机理机理有多种，目前还没有一种理论能够解释所有的应力腐蚀断裂现象，应力腐蚀断裂最基本的机理是滑移溶解理论（或称钝化膜破坏理论）和氢脆理论。在此仅介绍两种为多数人接受的应力腐蚀开裂理论。1、以阳极溶解为基础的钝化膜破坏理论如图所示。（该理论只能很好地解释沿晶断裂的应力腐蚀）92、晶界微电池溶解理论在γ体护环钢的龟裂现象中发现：沉淀于晶界的碳化物其实为类似珠光体的结构，该结构与介质形成微电池并迅速溶解，导致脆断。断裂过程分为亚稳扩展区和瞬时扩展区。10(二)应力腐蚀断口特征1、宏观断口特征与疲劳断口相似；不同之处是：在裂纹源及亚稳扩展区可见到腐蚀产物和氧化现象，常呈现黑色或灰黑色具有脆性特征。瞬时断裂区（失稳扩展区、最后断裂区）一般为快速撕裂破坏，显示材料的特性。112、微观特征⑴断口的微观形貌一般为沿晶断裂，也可能为穿晶断裂。⑵其表面可见到“泥状花样”的腐蚀产物（见图6-3a）及腐蚀坑（见图6-3b）。⑶应力腐蚀的显微裂纹有分叉现象，呈枯树枝状，如图所示。表明应力腐蚀时，有一主裂纹扩展较快，其它分枝扩展较慢，根据这一特征可将其与腐蚀疲劳、晶间腐蚀等断裂区分开来。12三、应力腐蚀抗力指标（断裂力学在应力腐蚀开裂中的应用）通常采用光滑试样在拉应力和化学介质共同作用下，依据发生断裂的持续时间来评定金属材料的抗应力腐蚀性能（见图6-4）。用常规方法测定的σ～tf曲线，得到的σSCC不能客观地反映材料的应力腐蚀抗力。（无裂纹）引入应力场强度因子的概念来研究金属材料抗应力腐蚀性能，即应力腐蚀临界应力场强度因子Κsc...