武理工材料力学性能课件第6章 金属的应力腐蚀和氢脆断裂

第六章

金属的应力腐蚀和氢脆断裂

§6.1应力腐蚀

§6.2氢脆

1§6.1应力腐蚀一、应力腐蚀及其产生条件

1、定义与特点

（1）定义金属在拉应力和特定的介质共同作用下，经过一段时间后，所产生的低应力脆断现象。

（2）特点

拉应力，特定介质，时间，脆断。

低碳钢、低合金钢——碱脆、硝脆；

不锈钢——氯脆；

铜合金——氨脆。

22、产生条件

应力：外应力、残余应力；

化学介质：一定材料对应一定的化学介质（表）

金属材料：化学成分、显微组织、强化程度等。3二、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）4

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；沿晶断裂和穿晶断裂。5三、力学性能指标用常规方法测定的σSCC～tf曲线，得到的σSCC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KI~tf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。6

2、裂纹扩展速度da/dt

KI>KISCC，裂纹扩展，速率da/dt

da/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。7四、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。返回8§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）。9二、氢脆类型及其特征

1、氢蚀（或称气蚀）

高压气泡（H2，CH4）

宏观断口：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。10

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）11三、钢的氢致延滞断裂机理三个阶段：孕育，亚稳扩展，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

t<tH

氢扩散率很漫，不形成氢脆；t=tH

最敏感；

t>tH

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]

12四、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；