应力腐蚀PPT课件.ppt

金属材料的应力腐蚀断裂,1,第一节材料腐蚀的基本概念,1、定义物质的表面因发生化学或电化学反应而受到破坏的现象。“腐蚀”是指物质本身的“质”的变化化学变化(电化学变化)。这种“质”的变化是外界环境、介质影响的结果，因此，也可以把由于环境介质作用于材料或物质本身，使之发生“质”的变化的现象称为腐蚀。2、腐蚀是一种自发进行的过程，是物质由高能态向低能态的转变形式，铁比它的化合物具有更高的自由能，因此金属铁具有释放能量而回到热力学更稳定的自然存在状态氧化物、硫化物及其他化合物的倾向。,一、腐蚀,2,1根据金属腐蚀的机理不同分类化学腐蚀与电化学腐蚀2根据腐蚀的环境分类大气腐蚀、海水腐蚀、淡水腐蚀、土壤腐蚀3根据腐蚀破坏的外部特征分类(1)全面腐蚀(2)局部腐蚀(3)应力和环境介质共同作用下的腐蚀(应力腐蚀断裂、腐蚀疲劳、氢损伤),二、腐蚀的类型,3,定义：应力腐蚀断裂是指金属材料在拉应力和特定介质的共同作用下所引起的断裂，简称为应力腐蚀(SCC),第二节应力腐蚀断裂,一、应力腐蚀现象及产生的条件,应力腐蚀的特征：,1、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；2、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；3、速度：应力腐蚀断裂速度约为10-810-6ms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,4,5,4、形貌特征：金属发生应力腐蚀时，仅在局部区域出现从表及里的裂纹。裂纹在主干裂纹延伸的同时，还有若干分支同时发展。裂纹的走向宏观上与拉应力方向垂直，微观断裂机理一般为沿晶断裂，也可能为穿晶解理断裂或二者的混合，断裂表面可见到“泥状花样”的腐蚀产物及腐蚀坑。,6,二、应力腐蚀的机理,1.阳极溶解机理,拉应力使局部区域的钝化膜破裂露出新鲜表面，新鲜表面在电解质溶液中成为阳极，而其余具有,钝化膜的表面成为阴极，形成腐蚀微电池，产生阳极溶解，表面形成蚀坑。拉应力除促使局部区域钝化膜破坏外，更主要的是在蚀坑或原有裂纹的尖端形成应力集中，使阳极电位下降，加速阳极金属的溶解，裂纹将逐步向纵深发展。,7,当材料晶间产生偏析，与晶内组成微电池，也会引起微电池腐蚀。在拉应力的作用下这种腐蚀也会不断进行，最后导致应力腐蚀断裂，,2.氢致开裂机理,该机理认为，金属材料在应力和腐蚀介质共同作用下，由于阴极反应产生的氢原子扩散到金属内部，(或金属裂纹尖端的腐蚀区)而引起金属脆性断裂的现象，这种应力腐蚀也叫“氢脆”型SCC，又称为“静态疲劳”。,8,三、应力腐蚀指标,应力腐蚀门槛值：KISCC1、当KIKIC时，加上初始载荷后，试样立即断裂。,9,应力腐蚀测试方法,载荷恒定法,10,四、影响应力腐蚀断裂的因素,1应力因素应力腐蚀断裂能否发生以及断裂时间都与应力大小有关，当应力大小达到70一90s时，就可以使材料发生应力腐蚀断裂，而且应力愈大时，材料断裂时间愈短。2介质环境因素(1)特殊离子及浓度的影响：氧化剂的存在对SCC倾向有明显影响；(2)温度的影响：不同金属材料在一定介质中产生SCC都有一个温度范围；,11,(3)界面电位状况的影响：实验证明SCC只有在一定的电位范围内才能发生。在合金钝化膜不稳定区域，合金表面膜活化点容易产生活化或过钝化溶解，形成SCC裂纹起源，而合金表面的其它部位仍保持钝态。3合金成分的影响纯度极高的金属，很少发现有应力腐蚀的现象，二元合金和多元合金的的SCC敏感性较高。合金中元素的含量对应力腐蚀也有影响。,12,五、防止应力腐蚀的措施,1、降低和消除应力在加工(如热处理、焊接、电镀等)和装配过程中，应尽量避免产生残余拉应力；2、合理选材碳钢对SCC的敏感性低，是一种抗SCC的常用材料；合金钢铝合金钛合金3、控制环境改善使用条件，除去介质中危害性大的化学成分；控制工作温度；外加阴极电流保护。,13,1.定义：在交变应力和环境腐蚀的共同作用下,所引起的破坏称为腐蚀疲劳2.特点,第三节腐蚀疲劳,一、腐蚀疲劳的概念及特点,(1)腐蚀环境不是特定的。只要环境介质对金属有腐蚀作用，再加上交变应力的作用都可产生腐蚀疲劳；(2)腐蚀疲劳曲线无水平线段，即不存在无限寿命的疲劳极限通常采用条件疲劳极限”，即以规定循环用次(一般为107次)下的应力值作为腐蚀疲劳极限，来表征材料对腐蚀疲劳的抗力。(3)腐蚀疲劳极限与静强度之间不存在比例关系；(4)腐蚀疲劳断口上可见到多个裂纹源，并具有独特的多齿状特征。,14,二、腐蚀疲劳的机理,1、点蚀形成裂纹模型金属在腐蚀介质作用下在表面形成点蚀坑(a)在半圆点蚀坑处由于应力集中，受力后易产生滑移；(b)滑移形成台阶BC、DE；(c)台阶在腐蚀介质作用下溶解，形成新表面BCC；(d)在反向加载时，沿滑移线生成BCB裂纹。,15,2、保护膜破裂形成裂纹模型,金属表面暴露在腐蚀介质中时，表面将形成保护膜。由于保护膜与金属基体比容不一，因而在膜形成过程中金属表面存在附加应力，此应力与外加应力迭加，使表面产生滑移。在滑移处保护膜破裂露出新鲜表面，从面产生电化学腐蚀。破裂处是阳极，由于阳极溶解反应，在交变应力作用下形成裂纹。,16,三、影响腐蚀疲劳裂纹扩展的因素,1）幅度：循环载荷的交变幅度增大，腐蚀速度也随之增大，即使此应力低于条件疲劳极限。铁的腐蚀速度随应力增大而加速；随交变应力的振幅和平均值的增大而加速。2）频率：在低速区，加载频率的变化对疲劳裂纹扩展速率基本没有影响；当裂纹扩展速率较高时，加载频率的降低使裂纹扩展速率增大。,1.载荷的影响,17,1)温度：温度升高明显加快腐蚀速度。但是，若温度上升引起材料严重孔蚀，产生许多浅裂纹源，从而降低了应力集中，使阳极对阴极面积比增大，反而对材料腐蚀疲劳性能有所改进。2）pH值：pH12，条件疲劳极限接近于疲劳极限。3）含氧量当0.05mg/L0.5mg/L时,疲劳寿命趋于饱和。,2.环境的影响,18,四、腐蚀疲劳的控制,1.选用耐腐蚀材料，如含二氧化硫的溶液中30Cr26Ni5铁素体-奥氏体双相不锈钢较奥氏体不锈钢耐蚀；2.表面保护层，镀锌的钢丝绳在海水中、镀镍的钢丝绳在河水和盐雾中的疲劳极限有显著提高，其他非金属的有机或无机涂层也有良好的效果，但要求与基体金属有良好的结合力与耐磨性能；3.表面处理，喷丸、氮化等在材料表面形成压应力，有利于提高耐腐蚀疲劳性能。4.加缓蚀剂，如在含乙醇的水中加