金属腐蚀学金属腐蚀学 (21).ppt

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1、金属腐蚀学应力作用下的腐蚀 应力腐蚀开裂201u应力腐蚀的特征u应力腐蚀的机理及控制方法u应力腐蚀的试验方法应力腐蚀开裂1 力学特性 2 环境特性 3材料学特性 4应力腐蚀裂纹扩展特征 5应力腐蚀破坏的形态学特征 01uSCC的发生与发展可分为裂纹的孕育期和扩展期两个阶段。应力腐蚀开裂裂纹扩展特征型也称为拉开型 型也叫滑开型 型又叫撕开型 01uSCC裂纹扩展过程第一阶段 应力腐蚀开裂裂纹扩展特征 KI KISCC时，裂纹才以低速率扩展，这时力学因素起主要作用 01uSCC裂纹扩展过程第二阶段 应力腐蚀开裂裂纹扩展特征KI增大，裂纹扩展速率不随力学因素变化而改变，化学或电化学因素起主要作用 0

2、1uSCC裂纹扩展过程第三阶段 应力腐蚀开裂裂纹扩展特征KI继续增大，力学因素又起着主要作用，当达到KIC时，发生快速失稳断裂。01u应力腐蚀试样或构件的寿命是孕育期与裂纹稳定扩展时间的总和。应力腐蚀裂纹稳定扩展速率一般为10-810-4mm/s，它较机械作用下的快速断裂低1010倍，比点蚀等局部腐蚀速率快得多。应力腐蚀开裂裂纹扩展特征01u（1）SCC的宏观形态特征u应力腐蚀断裂破坏属于脆性损伤，即使延性很好的材料，其SCC宏观形态仍显示明显的脆性断裂特征。应力腐蚀开裂形态学特征 01u应力腐蚀断裂起源于表面，多源，存在腐蚀坑，断口过渡区出现放射性花样或人字纹，失稳断裂区为银灰色。收敛方向即

3、SCC裂纹萌生区。u（2）SCC的微观形态特征u应力腐蚀断口的微观形态与应力腐蚀机理、力学因素、环境条件、材料性质、电化学状态等有重要关系应力腐蚀开裂形态学特征 01u腐蚀机理：从电化学角度可将SCC机理分为阳极溶解型和氢致开裂型。对氢致开裂型的SCC，当材料强度较低，应力较高时，获得韧窝断口；当材料强度升高，应力降低，可变为准解理、解理或沿晶断口。对于阳极溶解型的SCC，将获得脆性沿晶、穿晶（解理或准解理）、混合或相间SCC断口。u力学因素：裂纹扩展方向通常与应力方向垂直应力腐蚀开裂形态学特征 01u环境因素：航空用超高强度钢在含氯离子水溶液乃至纯水中都能表现出很高的SCC敏感性，其SCC过

4、程以氢脆机制为主，微观断口以沿晶为主，其特征为冰糖块状沿晶脆性断口形态。u材料性质：对SCC断口形貌也有重要影响。如Mo含量对16Cr-15Ni不锈钢SCC断口形貌的影响是随Mo含量的增高，断口由穿晶破坏向晶间断裂模式转变，金属的阳极溶解作用减弱，即Mo增加了不锈钢的耐离子腐蚀抗力。应力腐蚀开裂形态学特征 章节Chapter02应力腐蚀的机理02u关于应力腐蚀的机理，目前尚无统一的理论，比较有代表性的是阳极溶解机理和氢致开裂机理，居于中间的即为混合型。u氢致开裂型SCC理论认为：阴极析氢，原子氢能扩散进入金属，裂纹的形核与扩展。应力腐蚀的机理应力腐蚀的机理02u阳极溶解型SCC理论认为：应力腐

5、蚀要经过膜破裂溶解断裂这三个阶段。u（1）膜破裂阶段：应力腐蚀的机理应力腐蚀的机理完整稳定的覆盖膜局部膜破裂裂纹形核化学机械02u化学方式破坏：特点的材料/环境组合，处于腐蚀电位过渡电位区间，覆盖膜的薄弱部位破裂，形核。u机械方式破坏：晶界缺陷及杂质较处多应力、应变集中，覆盖膜破裂，形核。应力腐蚀的机理02u（2）溶解阶段:预先存在活性通道：首先是材料中预先存在着对腐蚀敏感的、多少带有连续性的通道（小阳极）。其次是要有足够大的、基本上垂直于活性通道的拉应力。应变产生活性通道：应力的作用不仅是造成膜的破裂，更重要的是使裂尖局部区域迅速屈服，出现很多的化学活性点，或降低了溶解的活化能。u（3）断裂

6、阶段：应力腐蚀裂纹扩展达到临界尺寸，便会机械力作用下发生失稳快速断裂。应力腐蚀的机理应力腐蚀的机理02u（1）电化学方法：阳极极化可加速阳极溶解型SCC破坏；阴极极化则加速氢脆型SCC过程。u（2）断口特征：阳极溶解型腐蚀坑明显，起源于表面，裂纹通常为多分叉特征；而氢致开裂型断口表面可能探测出氢化物，裂纹一般起源于次表面，裂纹分支少。u（3）应力状态的作用：宏观压应力能引起阳极溶解型应力腐蚀开裂，但不会引起氢致开裂SCC。u（4）裂纹扩展的连续性：氢致开裂型裂纹扩展在时间上或空间上出现不连续；相反，如果阳极溶解型为连续性扩展。应力腐蚀的机理区分阳极溶解型SCC和氢致开裂型SCC的方法和途径：0

7、2u改善材质：改进冶金工艺；适当的热处理工艺。u降低或消除应力：通过改进结构设计，可以避免或减少局部应力集中的结构形式。u控制环境：除去危害组分；避开敏感温度；降低氧含量；加入缓蚀剂；涂镀层；控制电位。应力腐蚀的机理应力腐蚀的控制方法02u研究应力腐蚀试验的必要性研究不同环境中的应力腐蚀行为和机理确定特定环境中金属材料的抗应力腐蚀指标探讨金属结构应力腐蚀破坏失效的原因寻求可靠的应力腐蚀控制技术措施应力腐蚀的机理应力腐蚀的试验方法02u应力腐蚀评定方法的确定：根据应力腐蚀试验的目的不同，需要设计不同类型的试样，选择不同的加载方式和腐蚀环境条件，确定合理的。（1）设计试样：光滑试样、带缺口试样、预裂纹试样（2）加载方式：恒载荷、恒变形、恒位移预裂纹试样应力腐蚀的机理应力腐蚀的控制方法02应力腐蚀的机理弯曲加载法02熟悉应力腐蚀开裂的特征熟悉应力腐蚀裂纹发展的几种形式，掌握拉开型裂纹扩展的规律掌握应力腐蚀开裂的机理了解应力腐蚀的控制措施和试验方法小节应力腐蚀的机理