最新常见失效形式及特征和诊断PPT课件.ppt
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1、常见失效形式及特征和诊断3.6腐蚀失效3.6.1概述概述金属材料受到周围环境介质的化学或电化学作用而引起的损坏叫做金属金属材料受到周围环境介质的化学或电化学作用而引起的损坏叫做金属的的腐蚀失效腐蚀失效。4.(1)金属在海水中的腐蚀)金属在海水中的腐蚀(2)影响金属在海水中的腐蚀因素)影响金属在海水中的腐蚀因素海水中盐的类型及浓度的影响。海水中盐的类型及浓度的影响。海水中含氧量的影响。海水中含氧量的影响。海水温度的影响。海水温度的影响。海水流速的影响。海水流速的影响。海洋生物的影响。海洋生物的影响。3.6.3防止金属腐蚀的措施防止金属腐蚀的措施1.正确选用金属材料和合理设计金属结构正确选用金属材
2、料和合理设计金属结构(1)正确选用金属材料,根据具体情况选择合适的耐蚀材料。)正确选用金属材料,根据具体情况选择合适的耐蚀材料。(2)合理设计金属结构)合理设计金属结构设计上尽可能降低热应力、流体停滞和聚集、局部过热等。设计上尽可能降低热应力、流体停滞和聚集、局部过热等。设计时应尽量避免不同的金属互相接触,非要不同金属相互接触时,用设计时应尽量避免不同的金属互相接触,非要不同金属相互接触时,用绝缘材料将两者隔开。绝缘材料将两者隔开。2.去除介质中有害成分和添加缓蚀剂去除介质中有害成分和添加缓蚀剂(1)去除介质中有害成分)去除介质中有害成分(2)添加缓蚀剂减慢腐蚀速度)添加缓蚀剂减慢腐蚀速度阳极
3、缓蚀剂、阴极缓蚀剂、混合型缓蚀剂等的加入可以使电化学腐蚀阳极缓蚀剂、阴极缓蚀剂、混合型缓蚀剂等的加入可以使电化学腐蚀过程减慢。过程减慢。3.隔离有害介质隔离有害介质(1)结构设计上采取措施使关键部位和有害环境隔绝开来。)结构设计上采取措施使关键部位和有害环境隔绝开来。(2)采用各种表面防护技术。)采用各种表面防护技术。4.电化学保护电化学保护用改变金属用改变金属-介质的电极电位来达到保护金属免受腐蚀。介质的电极电位来达到保护金属免受腐蚀。(1)阴极保护,把金属电极接到电池的负极,通以电流进)阴极保护,把金属电极接到电池的负极,通以电流进行极化。常用于地下管道及其他金属设备、水中设备、冷行极化。
4、常用于地下管道及其他金属设备、水中设备、冷凝器、冷却器、热交换器。凝器、冷却器、热交换器。(2)阳极保护,把金属电极接到电池的正极,通以电流进)阳极保护,把金属电极接到电池的正极,通以电流进行极化。阳极保护用于某些强腐蚀介质(如硫酸、磷酸等)行极化。阳极保护用于某些强腐蚀介质(如硫酸、磷酸等),耗电量小。,耗电量小。3.7应力腐蚀失效3.7.1概述概述应力腐蚀开裂应力腐蚀开裂是指金属材料在特定的介质条件下,受拉应力作用,经过一定是指金属材料在特定的介质条件下,受拉应力作用,经过一定时间后发生的裂纹及断裂现象。时间后发生的裂纹及断裂现象。3.7.2应力腐蚀断裂的特点应力腐蚀断裂的特点(1)即使是
5、延性材料,其应力腐蚀也表现为脆性形式的断裂。)即使是延性材料,其应力腐蚀也表现为脆性形式的断裂。(2)应力腐蚀是一种局部腐蚀,形成的裂缝常常被腐蚀产物覆盖,不能)应力腐蚀是一种局部腐蚀,形成的裂缝常常被腐蚀产物覆盖,不能及时发现,常常在事先没有预兆的情况下发生断裂,危害较大。及时发现,常常在事先没有预兆的情况下发生断裂,危害较大。(3)应力腐蚀断裂属于延迟断裂,断裂的时间决定于介质条件和应力大)应力腐蚀断裂属于延迟断裂,断裂的时间决定于介质条件和应力大小。小。(4)引起应力腐蚀断裂的应力一定是拉应力。)引起应力腐蚀断裂的应力一定是拉应力。(5)一定的金属材料只是在特定的活性介质中才发生应力腐蚀
6、断裂。)一定的金属材料只是在特定的活性介质中才发生应力腐蚀断裂。3.7.3应力腐蚀评定方法应力腐蚀评定方法1.光滑试样恒应力试验光滑试样恒应力试验2.预裂纹试样应力腐蚀实验预裂纹试样应力腐蚀实验3.7.4防止应力腐蚀开裂的措施防止应力腐蚀开裂的措施1.合理选择材料合理选择材料,针对零件所受应力和使用条件选用耐应力耐蚀的材料。,针对零件所受应力和使用条件选用耐应力耐蚀的材料。如铜对氨的应力腐蚀敏感性很高,因此,接触氨的条件应避免使用铜合如铜对氨的应力腐蚀敏感性很高,因此,接触氨的条件应避免使用铜合金。金。2.减少或消除零件中的残余拉应力减少或消除零件中的残余拉应力,残余拉应力是产生应力腐蚀的重要
7、,残余拉应力是产生应力腐蚀的重要条件。为此,设计上应尽量减少零件上的应力集中,工艺上采用退火工条件。为此,设计上应尽量减少零件上的应力集中,工艺上采用退火工艺消除应力。艺消除应力。3.改善介质条件改善介质条件,设法减少或消除促进应力腐蚀开裂的有害化学离子,设法减少或消除促进应力腐蚀开裂的有害化学离子,或者在腐蚀介质中添加缓蚀剂。或者在腐蚀介质中添加缓蚀剂。4.采用电化学保护采用电化学保护。5.零构件应力腐蚀控制设计零构件应力腐蚀控制设计。3.8氢脆失效3.8.1氢脆氢脆是在应力和过量氢的共同作用下使金属材料塑性、韧性下降的一种现是在应力和过量氢的共同作用下使金属材料塑性、韧性下降的一种现象。材
8、料中氢含量越高,氢脆现象越严重。象。材料中氢含量越高,氢脆现象越严重。金属,尤其是高强钢的氢脆断裂一般表现为延迟断裂,也存在发生氢脆的金属,尤其是高强钢的氢脆断裂一般表现为延迟断裂,也存在发生氢脆的门槛应力。门槛应力。金属中氢的来源很多,在金属冶炼过程中由于原材料中含有水分和油垢等金属中氢的来源很多,在金属冶炼过程中由于原材料中含有水分和油垢等不纯物质,高温分解出氢。氢还可以在机械加工过程中(如酸洗、电镀等)不纯物质,高温分解出氢。氢还可以在机械加工过程中(如酸洗、电镀等)进入金属。金属在服役过程中环境介质也可以提供氢。进入金属。金属在服役过程中环境介质也可以提供氢。3.8.2氢脆失效的类型、
9、特征及评定1.类型及特征(1)白点(2)氢蚀(3)氢化物致脆)氢化物致脆两类氢化物:两类氢化物:1)熔融金属冷却后,由于氢的溶解度降低而从过饱和固溶体析出形成的。)熔融金属冷却后,由于氢的溶解度降低而从过饱和固溶体析出形成的。2)在含氢量较低的情况下,受外拉应力作用,使原来基体上均匀分布的氢)在含氢量较低的情况下,受外拉应力作用,使原来基体上均匀分布的氢逐渐聚集到裂纹前沿或微孔附近等应力集中处,当达到足够浓度后,析出氢逐渐聚集到裂纹前沿或微孔附近等应力集中处,当达到足够浓度后,析出氢化物。化物。(4)氢致延滞断裂)氢致延滞断裂高强度钢中含有适量的处于固溶状态的氢,在低于屈服强度的应力持续作用高
10、强度钢中含有适量的处于固溶状态的氢,在低于屈服强度的应力持续作用下,经过一段孕育期后,在内部特别是在三向拉应力区形成裂纹,并且裂纹下,经过一段孕育期后,在内部特别是在三向拉应力区形成裂纹,并且裂纹逐步扩展,最后突然发生脆性断裂。逐步扩展,最后突然发生脆性断裂。3.8.3防止氢脆的措施防止氢脆的措施1.环境因素环境因素设法切断氢进入金属内的途径,或设法延迟在这个环节上的反应速度,设法切断氢进入金属内的途径,或设法延迟在这个环节上的反应速度,使氢不进入或少进入金属中。如采用表面涂层。使氢不进入或少进入金属中。如采用表面涂层。2.力学因素力学因素在机件设计和加工过程中应避免各种产生残余拉应力的因素。
11、采用表在机件设计和加工过程中应避免各种产生残余拉应力的因素。采用表面处理,使表面获得残余压应力层,对防止氢脆有良好作用。尽可能面处理,使表面获得残余压应力层,对防止氢脆有良好作用。尽可能选用氢脆临界场强度因子门槛值高的材料。选用氢脆临界场强度因子门槛值高的材料。3.材料因素材料因素含碳量较低且硫、磷含量较少的钢,氢脆敏感性低。刚的强度等级越含碳量较低且硫、磷含量较少的钢,氢脆敏感性低。刚的强度等级越高,对氢脆越敏感,所以,对在含氢介质中服役的高强度钢的强度应高,对氢脆越敏感,所以,对在含氢介质中服役的高强度钢的强度应有所限制。钢的显微组织对氢脆敏感性也有较大影响,一般按下列顺有所限制。钢的显微
12、组织对氢脆敏感性也有较大影响,一般按下列顺序递增:下贝氏体,回火马氏体或贝氏体,秋化或正火组织。正确制序递增:下贝氏体,回火马氏体或贝氏体,秋化或正火组织。正确制定钢的冷热加工工艺,可以提高机件抗氢脆性能。定钢的冷热加工工艺,可以提高机件抗氢脆性能。3.93.9腐蚀疲劳失效腐蚀疲劳失效腐蚀疲劳断裂腐蚀疲劳断裂:材料在循环应力和腐蚀介质的共同作用下材料在循环应力和腐蚀介质的共同作用下导致的断裂。导致的断裂。一、腐蚀疲劳破坏的机制一、腐蚀疲劳破坏的机制交变应力和腐蚀介质的共同作用使腐蚀坑形成初裂纹交变应力和腐蚀介质的共同作用使腐蚀坑形成初裂纹环境介质与不断产生的新金属表面发生作用环境介质与不断产生
13、的新金属表面发生作用二、腐蚀疲劳破坏的特点二、腐蚀疲劳破坏的特点1.1.不需要特定的腐蚀系统不需要特定的腐蚀系统2.2.任何金属材料均可能发生腐蚀疲劳任何金属材料均可能发生腐蚀疲劳3.3.不存在疲劳极限不存在疲劳极限4.4.疲劳曲线明显地向低值方向推移疲劳曲线明显地向低值方向推移5.5.初裂纹的扩展受应力循环周次的控制;不循环时裂纹不扩展初裂纹的扩展受应力循环周次的控制;不循环时裂纹不扩展裂纹扩展与应力条件,温度,介质有关裂纹扩展与应力条件,温度,介质有关3.9腐蚀疲劳断裂腐蚀疲劳断裂失效分析三、腐蚀疲劳断裂的断口特征三、腐蚀疲劳断裂的断口特征宏观特征宏观特征1.1.脆性断裂脆性断裂2.2.疲
14、劳源区一般不明显疲劳源区一般不明显3.3.断裂多源自表面缺陷或腐蚀坑底部断裂多源自表面缺陷或腐蚀坑底部微观微观特征特征1.1.疲劳辉纹由于腐蚀介质的作用而模糊不清疲劳辉纹由于腐蚀介质的作用而模糊不清2.2.二次裂纹较多并具有泥纹花样、腐蚀坑、腐蚀产物等二次裂纹较多并具有泥纹花样、腐蚀坑、腐蚀产物等3.3.随着加载频率的降低和腐蚀介质的腐蚀性加强随着加载频率的降低和腐蚀介质的腐蚀性加强 ,静载腐,静载腐蚀断裂蚀断裂(应力腐蚀应力腐蚀)特征花样逐渐增多特征花样逐渐增多4.4.多源疲劳多源疲劳裂纹的走向:穿晶裂纹的走向:穿晶常见常见 沿晶沿晶加载频率低加载频率低单纯机械疲劳:裂纹在同一平面单纯机械疲
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