环境介质作用下应力腐蚀氢脆教学PPT.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 脆断 无明显塑变 特定的合金成分 特定的介质 一 特点 腐蚀介质 很弱 材料腐蚀很慢 无应力时 scc stresscorrosioncracking 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 合金成分及 腐蚀介质 应力腐蚀裂纹 宏观形貌 脆性断裂 时有少量塑性撕裂痕迹 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 裂纹源 亚稳扩展区 黑色或灰黑色 源 亚临界扩展 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 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 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 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 段 ki kiscc 平行纵坐标轴 段 裂尖钝 主要受电化学过程控制 段 da dt随ki而 达k1c 失稳扩展断裂 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 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 轧制方向 纵向 长横向 短横向 沿厚度方向 强度差别 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 减少或消除零件中的残余应力 改善介质条件 选用合适的合金材料 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 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