材料的力学性能09课件

第九章环境介质作用下的金属力学性能在特定外界条件下工作的机件，虽然所受应力低于材料屈服强度，但服役一定时间后，也可能发生突然脆断。这种与时间有关的低应力脆断称为延滞断裂。外界条件可以是应力，如交变应力；也可以是环境介质，如腐蚀介质、氢气氛或热作用等。由交变应力引起的延滞断裂，就是疲劳断裂；而在静载荷与环境联合作用下引起的延滞断裂，叫做静载延迟断裂，或称静疲劳；如果在腐蚀介质中承受交变应力作用，则产生腐蚀疲劳。(一)应力腐蚀现象StressCorrosionCracking

由拉伸应力和腐蚀介质联合作用而引起的低应力脆性断裂称为应力腐蚀（常用英文的三个字头SCC表示）。一.应力腐蚀现象及其特征第一节应力腐蚀断裂合金腐蚀介质碳钢荷性钠溶液，氯溶液，硝酸盐水溶液，H2S水溶液，海水，海洋大气与工业大气奥氏体不锈钢氯化物水溶液，海水，海洋大气，高温水，潮湿空气（湿度90%），热NaCl，H2S水溶液，严重污染的工业大气马氏体不锈钢氯化的，海水，工业大气，酸性硫化物航空用高强度钢海洋大气，氯化物，硫酸，硝酸，磷酸铜合金水蒸汽，湿H2S，氨溶液铝合金湿空气，NaCl水溶液，海水，工业大气，海洋大气表10-1合金产生应力腐蚀的特定腐蚀介质3．应力腐蚀的裂纹扩展一般在10-9-10-6m/s，象疲劳。亚临界扩展-------临界尺寸------突然断裂（二）应力腐蚀断口特征应力腐蚀断裂也是通过裂纹形成和裂纹扩展这两个过程.一般认为裂纹形成约占全部时间的90%左右.裂纹扩展仅占10%左右。应力腐蚀断裂可以是沿晶断裂，也可以是穿晶断裂。取决于合金成分及腐蚀介质.二断裂力学在应力腐蚀中的应用应力腐蚀断裂是一种与时间有关的延滞断裂。用裂纹扩展速率da/dt来描述应力腐蚀裂纹的亚临界扩展。

当裂纹前端的应力场强度因子KI大于材料的KISCC时，材料就可能产生应力腐蚀开裂而导致破坏，其开裂判据为：式中KI

裂纹尖端应力场强度因子，公斤力/毫米3/2；KISCC应力腐蚀临界应力场强度因子，公斤力/毫米3/2；σ断裂抗力，公斤力/毫米3/2α裂纹的半长度，毫米Y裂纹形状系数。或（一）KISCC的概念当K1降低到某一定值后，材料就不会由于应力腐蚀而发生断裂（即材料有无限寿命），此时的K1就叫做应力腐蚀临界应力场强度因子，并以KISCC表示。

在lg(da/dt)-K1的坐标上，其关系如图(p167)，曲线一般可分成三段。（二）应力腐蚀裂纹扩展速率当裂纹前端的KI>KISCC时，裂纹就会随时间而长大。单位时间内裂纹的扩展量叫做应力腐蚀裂纹扩展速率，用da/dt表示，实验证明，da/dt和裂纹前端的应力场强度因子有关。即保护膜破坏机理滑移——膜破——阳极溶解——再钝化三应力腐蚀断裂机理（二）改变介质条件（三）选用合适的合金材料（四）采用电化学保护四预防机件应力腐蚀断裂的措施（一）降低应力

金属材料由于受到含氢气氛的作用而引起的断裂，统称为氢脆断裂或氢致开裂。一氢脆的类型及特征（一）内部氢脆与环境氢脆氢脆可分成两大类：第一类为内部氢脆，它是由于金属材料在冶炼、锻造、焊接或电镀、酸洗过程中吸收了过量的氢气而造成的；第二类氢脆称为环境氢脆，它是在应力和氢气氛或其它含氢介质的联合作用下引起的一种脆性断裂，如贮氢的压力容器中出现的高压氢脆。第二节氢脆（三）环境氢脆的特征在氢气氛作用下，材料发生延滞断裂的时间与应力场强度因子KI之间的关系如下图所示。随KI值降低，断裂时间延长；当K1降低到某一临界值Kth时，材料便不会产生断裂，临界值Kth就叫门槛值。（一）氢压模型

在裂纹或缺口尖端的三向应力区内，形成了很多微孔核心，氢原子在应力作用下向这些核心扩散，并且结合成氢分子，由于微孔核心很小，只要有很少的氢气应可产生相当大的压力。这种内压力大到足以通过塑性变形或解理断裂使裂纹长大或使微孔长大、连接，最后引起材料过早断裂。

二氢脆机理（二）减聚力氢脆模型

减聚力氢脆模型又称晶格脆化模型，是由Troiano首先提出的，其要点是高浓度的固溶氢，可以降低晶界上或相界上金属晶体的原子间结合力。而局部地区的张应力，又通过间隙原子间的化学势及应力状态间的热力学平衡关系促使氢原子富集。这种富集区可能是低塑性材料内部的裂纹尖端处，或是位错塞积处，滑移带交叉处和塑性形不协调处。应力腐蚀是在特定的材料与介质组合下才发生的，而腐蚀疲劳却没有这个限制，它在任何介质中均会出现。对应力腐蚀来说，有一临界应力强度因子KISCC

，这是材料固有的性能，当外加应力强度因子KI<KISCC，材料不会发生应力腐蚀裂纹扩展。但对腐蚀疲劳，即使KI<KISCC

，疲劳裂纹仍旧