环境介质作用下应力腐蚀氢脆教学.ppt

第六章 环境介质作用下 的金属力学性能,延滞断裂(低应力脆断),特定外界条件下:低于材料屈服强度服役一定时间后突然脆断,§1 应力腐蚀断裂,（静疲劳） 一 . 现象及其特征,拉应力（静应力） +腐蚀介质联合作用→低应力脆断 ★＜＜材料的屈服强度,①脆断，无明显塑变②特定的合金成分+特定的介质,一、特点①②③,③腐蚀介质（很弱）：材料腐蚀很慢（无应力时）SCC（ Stress Corrosion Cracking）,*合金产生应力腐蚀，须：,应力 + 特定腐蚀介质,二 、应力腐蚀断口特征,,,阴极,阳极,,应力腐蚀裂纹,应力腐蚀裂纹,20钢的应力腐蚀断口,,20钢断口腐蚀产物,,典型的应力腐蚀照片,发生应力腐蚀奥氏体不锈钢管道内壁,应力腐蚀形成断口，则：裂纹形成+裂纹扩展,形成约全部时间90%扩展仅占10%左右,A、裂纹形成决定寿命,B、可以是沿晶断裂， 也可以是穿晶断裂C、裂纹扩展：10-9-10-6m/s，似疲劳： 亚临界扩展-----临界尺寸----突然断裂,取决于①合金成分及②腐蚀介质,应力腐蚀裂纹,宏观形貌①②③④,①脆性断裂，时有少量塑性撕裂痕迹,②裂纹源可有几个： 垂直⊥主应力面裂纹源引起断裂,裂纹源（多个）,,,,源,,,,源,,,③裂纹源、亚稳扩展区- 黑色或灰黑色,,源,,亚临界扩展,④失稳扩展区断口- 常有放射花样（羽毛状）或似“人”字纹, 光亮色,典型的应力腐蚀照片,失稳扩展,失稳扩展,,,应力腐蚀抗力指标及测试方法,早期， 特定介质中、 于不同应力下，,采用光滑试样， 测定滞后破坏时间。

得到,,,不足之处：⑴⑵⑶,(1)因数据分散，有时可能得出错误的结论,(2)不能正确得出裂纹扩展速率的变化规律(3)费时，且不能用于工程设计,断裂力学在应力腐蚀中的应用 ①+②,①断裂力学K1 应力腐蚀断裂是一种与时间有关的延滞断裂,KI,应力腐蚀临界应力场强度因子 材料不因应力腐蚀而断裂（即材料有无限寿命）的K1——KISCC,（一）KISCC的概念,（二）开裂判据,裂纹前端的应力场强度因子KI大于材料的KISCC,②裂纹扩展速率（ da/dt ）描述应力腐蚀裂纹的亚临界扩展,（三）应力腐蚀裂纹扩展速率,先决条件：当裂纹前端的KI> KISCC时- 应力腐蚀裂纹扩展速率da/dt，和KI有关,lg(da/dt)- K1 曲线,Ⅰ段，KI>KIscc，平行纵坐标轴 Ⅱ段★ ★，裂尖钝，主要受电化学过程控制 Ⅲ段，da/dt 随KI而↑达K1c，失稳扩展断裂 ★ ★ (Ⅱ)时间越长，材料抗SCC性能越好,,,,,,一种测定K1SCC的方法——载荷恒定，使K1不断增大的方法，——最常用：恒载荷的悬臂梁弯曲试验装置,,裂纹,另一种测定K1SCC的方法——位移恒定，K1不断↓,——用紧凑拉伸试样和螺栓加载,应力腐蚀断裂机理,附加应力（保护膜增厚）+ 外加应力（σ）膜裂致阳极溶解+ 塑性钝化,,,膜裂,,,裂纹扩展,滑移——膜破——阳极溶解——再钝化,影响应力腐蚀的因素,1.环境因素尤其是溶液PH值,2.力学因素,A,轧制高强度铝合金7075-T6板材,①轧制方向（纵向） ②长横向 ③短横向（沿厚度方向） 强度差别：,,①＞②， ①＞＞③, ②＞＞③ 纵向max，厚度min,B,不同强度40CrNiMo(4340),,,,3.冶金因素成份组织强度,预防机件应力腐蚀断裂的措施 ①②③④,①减少或消除零件中的残余应力 ②改善介质条件,③选用合适的合金材料 ④采用电化学保护 视具体的材料-介质而定,§2 氢 脆,（一）氢脆来源和特点 含氢气氛的作用而引起的断裂,氢脆可分成两大类：,第一类为内部氢脆:,在材料制造（如：熔炼） 和 随后加工过程 吸收了过量的氢气,第二类为环境氢脆，,在应力和含氢介质联合作用引起脆性断裂， 如:贮氢的压力容器中出现的高压氢脆,（二）氢脆断口特征,内部氢脆断口往往出现“白点”,氢在缺陷处以分子态析出， 产生高内压，形成微裂纹， 其内壁为白色，称白点或发裂。

纵向发裂，横断面多呈圆形或椭圆形白点 表面光亮呈银白色 是一种内部微细裂纹,另一种“白点”, 呈鱼眼型,以材料内部的宏观缺陷 如气孔、夹渣等 为核心的银白色斑点,,环境氢脆的特征,环境氢脆,Kth,K1降低到某一临界值Kth→ 材料不产生断裂，Kth门槛值,发生环境氢脆两个关键因素,H扩散（+临界浓度）,与位错的关系 氢裂纹扩展Ⅱ阶段-热激活过程，决定于H的扩散速率,环境氢脆发生在,一定的温度范围， 和 慢的形变速率：,最敏感的温度 —— 室温附近,形变速率高→位错运动快 → H扩散＜位错运动 →不显示脆性,减少氢脆：①②,①内部氢脆，严格执行工艺规定,②环境氢脆，×高强度材料强度越高，对氢脆越敏感,。