《材料性能学》FH10-应力腐蚀.ppt

授课方法： 第1-3章：教师主讲 第4-11章：课堂讨论为主 下载视频， 第12-15章：理论简介 案例应用 绪论 第1章 材料的弹性变形 第2章 材料的塑性变形 第3章 材料的断裂与断裂韧 性 第4章 材料的扭转/弯曲/压 缩性能 第5章 材料的硬度 第6章 材料的冲击韧性及低 温脆性 第7章 材料的疲劳性能 第8章 材料的磨损 第9章 材料的高温力学性能 第10章 材料在环境介质作 用下的腐蚀 第11章 材料的强韧化 第12章 材料的热学性能 第13章 材料的磁学性能 第14章 材料的电学性能 第15章 材料的光学性能 第10章 材料在环境介质作用下的腐蚀 n10.1 金属材料的应力腐蚀 Stress Corrosion of Metals n10.2 陶瓷材料在环境介质作用下腐蚀 Corrosion of ceramics 10.3 高分子在环境介质作用下腐蚀 Corrosion of Polymers Corrosion in environmental medium 一、填空 p1. 材料发生应力腐蚀断裂的三个基本条件是 、 和 p2. 应力腐蚀断裂过程可分为 、 和 三个阶段。

p3. 材料发生应力腐蚀时的应力来源于 和 由于环境介质的作用、材料表面发生化学或电化学 反应的现象 腐蚀 Corrosion 由高能→低能自发进行的过程 Fe→Fe2O3、Fe3O4、FeS 腐蚀 Corrosion 作用： 金相制样， 电镜样品、 阳极保护、 印刷线路板 有害： 失效形式 有利： 对材料进行电化学加工 腐蚀类型 Type of Corrosion 腐蚀机理：化学腐蚀电化学腐蚀 腐蚀环境： 自然环境：大气/海水/淡水/土壤腐蚀 工业环境：酸/碱/盐溶液/有机化合物等 熔融介质：熔融盐/碱/液态金属等 外部特征： 全面腐蚀：均匀、不均匀； 局部腐蚀：点蚀、晶间腐蚀、穿晶腐蚀等 应力+环境介质：应力腐蚀：√Stress Corrosion 腐蚀疲劳：交变应力+腐蚀环境 氢损伤：氢脆√、氢鼓泡、氢腐蚀 10.1 金属材料的应力腐蚀 10.1 金属材料的应力腐蚀 一、应力腐蚀特点： 合金+拉应力+特定介质→→→应力腐蚀 材料在拉应力和特定介质的共同作用下引起的脆性断裂 ，称为应力腐蚀（scc: stress corrosion cracking） 纯金属 少发生。

（无机非 、聚合物 ） 外加/残留拉应力 SCC：σσs A不锈钢 + C1ˉ→氯脆（ F不锈钢无） 碳钢+ OHˉ溶液→碱脆 + NO3-溶液→硝脆 铜合金 + 氨离子→氨脆 黄铜弹壳 +潮湿氨气介质 介质温度影响： 大多100℃，A不锈钢+MgCl2：120～150℃ 介质的腐蚀性一般不是很强， 若无拉应力拉应力的共同作用，材料不会腐蚀 合金+拉应力+特定介质→→→应力腐蚀 腐蚀速度υ ：决定于应力场 无应力腐蚀 scc 力学断裂 n 一般是脆断；应力腐蚀断口： n 一般：一条主裂纹 + 若干分枝（分叉）； n 可沿晶、穿晶扩展、或两者兼有 n 一般是脆断；应力腐蚀断口： 一条主裂纹+分枝 沿晶 p316不锈钢 p氯化物诱导 p应力腐蚀开裂 p（100x 放大 ） n 断口宏观特征： Ø 与疲劳断口相似：3个区 Ø 亚稳扩展区： Ø 腐蚀产物和氧化, →呈黑色、灰黑色 应力腐蚀断口： 1Cr18Ni9Ti 氯离子环境 下应力腐蚀 断口 n 断口微观形貌： Ø “泥状花样”腐蚀产物（TEM） Ø （泥土干裂的样子） Ø 腐蚀坑（SEM） 应力腐蚀断口： “泥状花样” 核 桃 纹 断口上有许多正方形和三角形腐蚀坑。

开裂主要沿｛100｝晶面和｛111｝晶面 X70管线钢，新疆土壤， 裂纹萌生，穿晶应力腐蚀开裂 二、应力腐蚀力学性能指标 ♣ 早期： 光滑试样 + 介质 + 拉应力→ σ-t 曲线（疲劳S-N曲线） →→ σscc（不发生应力腐蚀的临界应力） L90%总时间（t） ： 裂纹形成； L 不反映裂纹体的抗应力腐蚀性能 同疲劳研究相似 二、应力腐蚀力学性能指标 ♣断裂力学： u预制裂纹试样+应力+介质→→ u lgda/dt~K 曲线 KIsccKKIC断裂 KIscc： 应力腐蚀门槛； KI≤KIscc不破坏. 三、应力腐蚀机理 未统一，有多种理论 1.阳极溶解（钝化膜破坏）机理： 拉应力作用下，表面钝化膜破坏 新鲜金属表面（阳极）+钝化膜（阴极）+介质 →腐蚀微电池 原有裂纹→应力集中→阳极电位降低→腐蚀加剧 2.氢致开裂理论： p某些高强合金中，氢原子和应力的共同作用导致 脆性断裂，称为氢脆 p是应力腐蚀断裂的一种机理 p内部氢脆： p环境氢脆： pH:来源于阴极反应过程； pH: p冶炼（杂质）、 p焊接(水分)、 p酸洗（水分）等过程 李薰(1913.11.20-1983.3.20) u物理冶金学家. u中国科学院学部委员 （1993年改称院士） u中国科学院金属研究所的创建者和首任所长， 主持金属研究所工作30年， 中国科学院沈阳分院院长. u钢中氢导致发裂及去氢规律 公认为氢脆研究领域的创始人. 氢脆与应力腐蚀的关系 氢脆与应力腐蚀的关系 p人们普遍认为氢对金属 材料的塑性载体-位错 不仅没有阻碍作用，甚 至可以促进位错运动， 但最近的模拟工作却预 测了截然不同的结果。

p氢不仅能导致金属铝中的 位错产生强烈钉扎，而且 该过程可逆，即在停止供 氢一段时间后，被钉扎的 位错又可以在外力的作用 下恢复运动能力 p这种钉扎作用需要将含氢 材料静置几十分钟才有效 ，与前人所预期的时间相 差了至少三个量级， p提出充氢原子与空位的结 合体而不是氢原子本身在 该过程中起到了主导作用 西安交大在氢脆机 理方面取得突破性 进展！ 10.2 陶瓷材料在环境介质作用下的腐蚀 1.优异的耐热性和耐腐蚀性 ； 2.腐蚀性环境：裂纹缓慢扩展、强度降低 ①潮湿气体（空气、氮气、水蒸气等） ②水性溶液（酸、碱、氨水等） ③有机溶剂（甲醇、甲苯、乙醇等） 3.晶界腐蚀 ①控制晶界组成和结构； ②腐蚀环境+陶瓷 1.陶瓷在高温Na中的腐蚀 ①Al2O3等氧化物陶瓷 + 高温Na环境 ②Si3N4、SiC等硅系陶瓷 + 高温Na中 ③Na沿晶界扩散，Si-O键断裂，晶界腐蚀 . 2. 陶瓷在酸溶液中的腐蚀 nSi3N4+氢氟酸 3. 陶瓷在高温高压下的水热腐蚀 p金属材料\陶瓷材料: 水是最强烈的腐蚀性物质 10.3.1 高分子材料的腐蚀形式： 1.化学裂解：化学反应，破坏主价键 2.溶胀溶解：破坏次价键 3.渗透破坏：基体材料的腐蚀 4.应力开裂： 10.3 高分子材料在环境介质作用下的腐蚀 10.3.2 高分子材料的应力腐蚀 p高分子材料在某种环境介质中时，在低应力 下产生银纹、裂纹、甚至断裂的现象。

u拉应力+溶剂→银纹 u工业上应用：检查制品的内应力 应力+温度+溶剂+时间， 不出现银纹即合格 一、填空 p1. 材料发生应力腐蚀断裂的三个基本条件是 特定的材料、特定的腐蚀介质和拉应力 p2. 应力腐蚀断裂过程可分为 孕育期、裂纹 扩展期和 失稳断裂三个阶段 p3. 材料发生应力腐蚀时的应力来源于 残余 内应力 和 外加载荷 43 * 谢 谢! 。