材料力学性能 第六章-1

第六章金属的应力腐蚀和氢脆断裂、材料的力学性能、材料与化学工程研究所、前言、残余应力或外加载荷化学介质或氢应力腐蚀断裂和氢脆断裂等。属于低应力脆性断裂。本章介绍了金属材料的应力腐蚀和氢脆断裂特征及断裂机理，介绍了金属材料抗应力腐蚀和氢脆断裂的力学性能指标及防止断裂的措施。第6章金属的应力腐蚀和氢脆断裂，6.1应力腐蚀，6.2氢脆，6.1应力腐蚀，1。应力腐蚀现象及其产生条件。应力腐蚀断裂机理和断裂形态特征。抗应力腐蚀指数4。防止应力腐蚀的措施1。应力腐蚀现象及其产生条件。应力腐蚀现象金属在拉伸应力和特定化学介质的共同作用下经过一段时间后发生的低应力脆性断裂称为应力腐蚀断裂。应力腐蚀断裂是在应力和化学介质的共同作用下，根据特定机理产生的断裂。大多数金属材料在某些化学介质条件下容易发生应力腐蚀。2.条件(1)应力，主要是拉伸应力。(2)化学介质，特殊化学介质。(3)金属材料，主要是合金。(1)应力腐蚀现象及其产生条件，(2)应力腐蚀断裂机理和断裂形态特征，(1)应力腐蚀断裂机理应力腐蚀断裂最基本的机理是滑移溶解理论(或钝化膜失效理论)和氢脆理论。在金属表面形成钝化膜拉应力钝化膜破裂暴露新表面新表面作为阳极，钝化膜表面作为阴极微电池腐蚀阳极溶解烛坑形成。(2)宏观腐蚀断裂特征宏观特征与疲劳断裂相似，存在亚稳态扩展区和最终瞬时断裂区。在亚稳膨胀区可以看到腐蚀和氢化现象，该区域可以是黑色或灰黑色，并具有脆性特征。最后，瞬时断裂区通常是快速撕裂破坏，显示了基质材料的特征。微观形态：一般为晶间断裂，也可为穿晶解理断裂或准解理断裂，表面可见“泥状”腐蚀产物。2、应力腐蚀断裂机理和断口形貌特征，3、应力腐蚀抗力指数，通常采用光滑试样在拉应力和化学介质的作用下，根据断裂的持续时间来评价金属材料的应力腐蚀抗力。测试过程：用一组相同的试样测量它们在不同应力水平下的断裂时间tf，并绘制-tf曲线。得到了该材料无应力腐蚀时的临界应力scc。在此基础上，研究了合金元素、显微组织和化学介质对材料应力腐蚀敏感性的影响。根据断裂力学原理，将应力场强度因子KI引入裂纹试样，得到应力腐蚀临界应力场强度因子KISCC和应力腐蚀裂纹扩展速率da/dt，可用于机械零件的选择和设计。(1)具有预制裂纹的金属试样在恒定载荷和特定化学介质作用下发生应力腐蚀断裂时，应力腐蚀临界应力场强度因子KISCC与初始应力场强度因子KI有关。在特定化学介质中没有应力腐蚀裂纹的样品的最大应力场强度因子称为应力腐蚀临界应力场强度因子(或应力腐蚀阈值)，并以KISCC表示。它代表在应力腐蚀条件下含有宏观裂纹的材料的断裂韧性。应力腐蚀条件下金属材料的断裂准则：开始时KIKISCC；3.将抗应力腐蚀指数、断裂力学原理、应力场强度因子KI引入裂纹试样，得到应力腐蚀临界应力场强度因子KISCC和应力腐蚀裂纹扩展速率da/dt。这两个指标可用于材料选择和设计金属材料的应力强度因子可以用恒载荷法或恒位移法来确定。最常用的是恒载荷悬臂梁弯曲试验。3、抗应力腐蚀指数，测定金属材料的KISCC值可采用恒载荷法或恒位移法。最常用的是恒载荷悬臂梁弯曲试验。样品的一端固定在架子上，另一端连接力臂。力臂的末端不受重物的载荷，样品穿过溶液槽，将预制裂纹浸入化学介质中。载荷在整个试验过程中是恒定的，因此裂纹尖端的KI随着裂纹的扩展而增加。在样品实验过程中，必须准备一组大小相同的样品。每个样品承受不同的恒定载荷F，导致裂纹尖端不同的KI起点。记录样品在不同KI开始下的断裂时间tf。对应于曲线水平部分的KI起点是材料的KISCC。(3)抗应力腐蚀指数，(2)应力腐蚀裂纹扩展速率da/dt当KIKISCC在应力腐蚀裂纹尖端时，裂纹将继续扩展。单位时间内的裂纹增长量称为应力腐蚀裂纹增长速率，da/dt。第二阶段主要由电化学过程控制。3、抗应力腐蚀指数，防止应力腐蚀的4项措施，(1)根据应力和与零件接触的化学介质合理选择金属材料，选择抗应力腐蚀的金属材料，这是一个基本原则。(2)减少或消除零件中的残余拉应力和残余拉应力是应力腐蚀的重要原因，主要是由于金属零件的设计和加工工艺不合理。因此，零件上的应力集中效应应最小化，加热和冷却应均匀。必要时采用退火工艺消除应力。如果喷丸或其他表面处理方法可用于在机器零件的表面层中产生一定的残余压应力，则更有效。(3)改善化学介质，一方面试图减少和消除促进应力腐蚀开裂的有害化学离子。例如，通过水净化处理，降低冷却水和蒸汽中的氯离子含量对于防止奥氏体不锈钢非常有效。另一方面，可以在化学介质中加入缓蚀剂，如在高温水中加入一定量的磷酸盐，可以大大提高铬镍