应力腐蚀和氢脆.ppt

第六单元 金属在环境介质作用下的力学性能 模块一 应力腐蚀 能力知识点1 应力腐蚀现象 一、应力腐蚀 金属在应力和特定化学介质共同作用下，经过一段时间后所产生的低应力脆断现象，称为应力腐蚀断裂(Stress Corrosion Crack，缩写为SCC)。 发生应力腐蚀的温度一般在50～300℃之间。 SCC在石油、化工、航空、原子能等行业中都受到广泛的重视，如发电厂中的汽轮机叶片、钢结构桥梁、输气输油管道、飞机零部件等，均有发生应力腐蚀的可能性。 1967年12月，美国西弗吉尼亚州和俄亥俄州之间的俄亥俄大桥突然倒塌，死46人。事故调查的结果就是因为应力＋大气中微量H2S导致钢梁产生应力腐蚀所致。 解放初期黄铜子弹壳开裂现象：原因是润滑用肥皂水中含微量铵离子。 二、应力腐蚀产生的条件 （1）只有在拉伸应力作用下才能引起应力腐蚀开裂(近年来，也发现在不锈钢中可以有压应力引起)。 这种拉应力可以是外加载荷造成的应力，但主要是各种残余应力，如焊接残余应力、热处理残余应力和装配应力等。 据统计，在应力腐蚀开裂事故中，由残余应力所引起的占80%以上，而由工作应力引起的则不足20%。 （2）产生应力腐蚀的介质一般都是特定的，也就是说，每种材料只对某些介质敏感，而这种介质对其它材料可能没有明显作用，例如，黄铜在氨气氛中、不锈钢在具有氯离子的腐蚀介质中容易发生应力腐蚀，但反应过来不锈钢对氨气、黄铜对氯离子就不敏感。 （3）一般认为，纯金属不会产生应力腐蚀，所有合金对应力腐蚀都有不同程度的敏感性，合金也只有在拉伸应力与特定腐蚀介质联合作用下才会产生应力腐蚀断裂。 但在每—种合金系列中，都有对应力腐蚀敏感的合金成分。例如，铝镁合金中当镁的质量分数大于4％，对应力腐蚀很敏感；而镁的质量分数小于4％时，则无论热处理条件如何，它几乎都具有抗应力腐蚀的能力。 能力知识点2 应力腐蚀的断裂特征 一、应力腐蚀断裂机理 基本的是滑移-溶解理论（或称钝化模破坏理论）和氢脆理论。 一、特征 应力腐蚀造成的破坏，是脆性断裂，没有明显的塑性变形。 应力腐蚀的裂纹扩展速率较小，有点象疲劳，是渐进缓慢的，这种亚临界的扩展状况一直达到某一临界尺寸，使剩余下的断面不能承受外载时，就突然发生断裂。 应力腐蚀断裂速度为0.01～3mm/h，远远大于无应力存在下的局部腐蚀速度（如孔蚀等），但又比单纯力学断裂速度小得多。 例如，钢在海水中的SCC断裂速度为孔蚀的106倍，而比纯力学断裂速度几乎低10个数量级，这主要由于纯力学断裂通常对应的应力水平要高得多。 二、断口形貌特征 应力腐蚀的裂纹多起源于表面蚀坑处，而裂纹的传播途径常垂直于拉力轴。 应力腐蚀的主裂纹扩展时常有分枝。但不要形成绝对化的概念，应力腐蚀裂纹并不总是分枝的。 应力腐蚀破坏的断口，其颜色灰暗，表面常有腐蚀产物（泥状花样），或腐蚀坑。而疲劳断口的表面，如果是新鲜断口常常较光滑，有光泽。 应力腐蚀引起的断裂可以是穿晶断裂，也可以是沿晶断裂。如果是穿晶断裂，其断口是解理或准解理的，其裂纹有似人字形或羽毛状的标记。 能力知识点3 应力腐蚀抗力指标及测试方法 1.应力腐蚀临界应力场强度因子（或应力腐蚀门槛值）KⅠSCC 现在对应力腐蚀的研究，都是采用预制裂纹的试样。将这种试样放在一定介质中，在恒定载荷下，测定由于裂纹扩展引起的应力强度因子K随时间的变化关系，据此得出材料的抗应力腐蚀特性。 该合金的KⅠc＝100MPa.m1/2，在3.5％盐水中，当初始KⅠ值仅为40 MPa.m1/2时，仅几分钟试样就破坏了。如果将KⅠ值稍微降低，则破坏时间可大大推迟。 当KⅠ值降低到某一临界值（图中为38MPa.m1/2）时，应力腐蚀开裂实际上就不发生了。这一KⅠ值称之为应力腐蚀临界场强度因子，也称应力腐蚀门槛值，以 KⅠSCC表示(SCC表示应力腐蚀断裂)。 应力腐蚀临界应力场强度因子KISCC 试样在特定化学介质中不发生应力腐蚀断裂的最大应力场强度因子，也称为应力腐蚀门槛值。 表示含有宏观裂纹的材料在应力腐蚀条件下的断裂韧度。 一定的材料与介质，KISCC值恒定。是金属材料的一个力学性能指标。 对含有裂纹的金属材料，应力腐蚀条件下的断裂判据： 当作用于裂纹尖端的初始应力场强度因子： KⅠ初KⅠSCC KⅠ初KⅠSCC 二、KⅠSCC值的测定 测定金属材料的KⅠSCC值可用恒载荷法或恒位移法。 恒载荷法：使KⅠ不断增大的方法，最常用的是恒载荷的悬臂梁弯曲试验装置 恒位移法：使KⅠ不断减少,用紧凑拉伸试样和螺栓加载。 能力知识点3 提高应力腐蚀抗力的措施 降低和消除应力 在加工(如热处理、焊接、电镀等)和装配过程