金属的应力腐蚀和氢脆断裂

1、金属的应力腐蚀和氢脆断裂第1页，共13页，2022年，5月20日，22点23分，星期三二、应力腐蚀1、机理 滑移溶解理论（钝化膜破坏理论）a）应力作用下，滑移台阶露头且钝化膜破裂（在表面或裂纹面）；b）电化学腐蚀（有钝化膜的金属为阴极，新鲜金属为阳极）；c）应力集中，使阳极电极电位降低，加大腐蚀；d）若应力集中始终存在，则微电池反应不断进行，钝化膜不能恢复。则裂纹逐步向纵深扩展。（该理论只能很好地解释沿晶断裂的应力腐蚀）第2页，共13页，2022年，5月20日，22点23分，星期三2、断口特征宏观：有亚稳扩展区，最后瞬断区（与疲劳裂纹相似）；断口呈黑色或灰色。微观：显微裂纹呈枯树枝状；腐蚀坑；

2、沿晶断裂和穿晶断裂。（见图6-2，和p2）第3页，共13页，2022年，5月20日，22点23分，星期三三、力学性能指标 用常规方法测定的 SCCtf曲线，得到的SCC不能客观地反映材料的应力腐蚀抗力。1、临界应力场强度因子KISCC恒定载荷，特定介质，测KItf曲线。将不发生应力腐蚀断裂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。第4页，共13页，2022年，5月20日，22点23分，星期三2、裂纹扩展速度da/dt KIKISCC，裂纹扩展，速率da/dtda/dt KI |曲线上的三个阶段（初始、稳定、失稳）由（图6-7，P152）可以估算机件的剩余寿命。第5页，共13页，20

3、22年，5月20日，22点23分，星期三四、防止应力腐蚀的措施 1、合理选材； 2、减少拉应力； 3、改善化学介质； 4、采用电化学保护，使金属远离电化学腐蚀区域。第6页，共13页，2022年，5月20日，22点23分，星期三6-2 氢脆 由于氢和应力的共同作用，而导致金属材料产生脆性断裂的现象，称为氢脆断裂（简称氢脆）一、氢在金属中存在的形式 内含的（冶炼和加工中带入的氢）； 外来的（工作中，吸H）。 间隙原子状 固溶在金属中； 分子状 气泡中； 化学物（氢化物）。第7页，共13页，2022年，5月20日，22点23分，星期三二、氢脆类型及其特征1、氢蚀（或称气蚀）高压气泡（H2，CH4）宏

4、观断口：呈氧化色，颗粒状（沿晶）；微观断口：晶界明显加宽，沿晶断裂。2）白点（发裂）氢的溶解度，形成气泡体积，将金属的局部胀裂。宏观：断面呈圆形或椭圆形，颜色为银白色。甚至有白线。第8页，共13页，2022年，5月20日，22点23分，星期三3）氢化物形成氢化物（凝固、热加工时形成；或应力作用下，元素扩散而形成）。氢化物很硬、脆，与基体结合不牢。裂纹沿界面扩展。4、氢导致延滞断裂由于氢的作用而产生的延滞断裂现象。原因：氢显著降低金属材料的断后伸长率。条件：一定温度范围；慢速加载（恒载）第9页，共13页，2022年，5月20日，22点23分，星期三三、钢的氢致延滞断裂机理 三个阶段：孕育，亚稳扩

5、展，失稳扩展。1）孕育期氢原子数量；扩散，偏聚。氢固溶，在位错线周围偏聚，形成气团；位错运动受阻，产生应力集中，萌生裂纹。2）温度的影响ttH 氢气团扩散，无氢脆。3）应力状况 应变速率高，不会出现氢脆。拉应力促进H溶解。高强钢的氢致延滞裂还具有可逆性。循环软化第10页，共13页，2022年，5月20日，22点23分，星期三四、氢致延滞断裂与应力腐蚀的关系。 “相互促进” 阳极溶解、金属开裂 阴极吸氢，延滞断裂。五、防止氢脆的措施1）材料 降低含氢量，细化组织2）环境 减少吸氢的可能性3）力学因素 减小残余应力第11页，共13页，2022年，5月20日，22点23分，星期三第七章 金属的磨损和耐磨性一、材料的磨损 1、定义：2、磨损过程三阶段：3、磨损分类： 摩擦磨损，磨料磨损。 a）粘着磨损，接触疲劳 b）凿削磨损，高应力磨损，低应力磨损 c）其他 腐蚀磨损，微动磨损 多种类型的综合4、磨损机理 a）粘着机理 b）裂纹汇聚，断裂 c）显微切削（犁削）5、磨损试验及观察模拟试验；宏观观察，微观分析。第12页，共13页，2022年，5月20日，22点23分，星期三二、耐磨性 1、是材料的物性与服役工况的综合表现。 2、在一定条件下的，相对磨