应力腐蚀开裂与氢致开裂.ppt

目录;目录;一．概论 1．机械零构件的主要失效模式(三大失效模式);脆性断裂(EF);2．环境断裂(EF)历史的回顾 1) 人类最早是在黄铜铸造的大钟上发现SCC现象的，距今已有5000多年的历史。 2) 十九世纪后期，人们发现黄铜弹壳在贮存中发生开裂。研究表明，裂纹形貌类似干燥的木材(seasoned wood)，而最易出现在夏季季风期，故将此现象叫做 “季裂”(Season Cracking). 3) 经研究弹壳在制造时引入残余应力，在含有氨离子的潮湿空气中贮存过程中发生开裂，系属一种应力腐蚀开裂(Stress Corrosion Cracking-SCC)现象。两次世界大战间1944年召开的第一次国际会议中，约有50%的论文涉及有关黄铜的SCC。 ;4) 十九世纪末，采用碱软化锅炉中的水时，由于 “碱脆” (Caustic Embrittlement racking-CE)而导致爆炸。研究表明，反复的蒸发和凝聚铆钉与锅炉壳体缝隙富集了足够的碱，在应力的协同作用下而引发爆炸。 5) 进一步的研究发现：奥氏体不锈钢在热浓氯化物水溶液中的SCC现象；二十世纪初发现了高强钢(特别是超高强钢)的氢脆以及高强铝合金在海水中的SCC问题；酸性油气田的开发，促进了钢在硫化氢介质的SC研究；即使在上世纪50~60年代以前认为耐蚀性极好的钛合金，也先后发现仍存在SCC现象。 因此，SCC现象是十分广泛的，是工程结构失效的一种重要原因。;发生SCC的材料—介质系统 表：发生SCC的材料—介质系统;3．定义与分类 狭义的应力腐蚀定义 应力与化学介质协同作用下引起的金属开裂(或断裂)的现象，叫做金属应力腐蚀开裂(或断裂)。;以下两种情况均不属于SCC (1)由于严重的均匀腐蚀而导致试样(零件)截面积逐渐减小，真实应力逐增，终于达到材料的断裂强度而断裂。 (2)由于严重的晶间腐蚀，导致晶间结合力大为降低，外加应力只是促进这种破坏，终于使残余的晶间结合力不再能承受外力而沿晶断裂。 这两种情况一般不叫SCC。;狭义的 “应力腐蚀”是一种复杂现象 (1)当应力不存在时，腐蚀甚微； (2)施加应力后，经过一段时间，在腐蚀并不严重而应力又不够大的情况下金属发生的断裂。;SCC系统中分别对应于应力、腐蚀、断裂的三种特征： (1)必须有应力(主要是拉应力)存在。所需应力值通常低于其σ0.2。 (2)对该金属是敏感的腐蚀介质(即金属一介质组合)，才发生SCC；若无应力存在，其全面腐蚀速率十分微小。 (3)断裂速度约在10-8~10-6 m/s数量级内，远大于纯腐蚀速度又远小于纯应力下的断裂速度。断口一般为脆性断口。;可采用各种判据对SCC分类 (1)按材料类型：便于考核材料的适用性。 (2)按介质类型：碱性、氢脆、氨脆、氯脆等，便于针对化学环境而选材。 (3)按阳极溶解与氢致开裂机理：便于采取有效的控制措施。 (4)按承受应力类型：①恒定应力(即常规SCC)②交变应力(即腐蚀疲劳，Corrosion Fatigue-CF)。;(5)对于应力与腐蚀介质是高温高压氢气，则SCC是一种氢致开裂，或称氢腐蚀(Hydrogen Corrosion-HC)。 (6)按腐蚀介质状态：气体状态(空气、水蒸气、二氧化碳等)；液体状态(如水溶液、有机溶液、熔盐、液态金属等) 因此，一般的狭义的SCC应重新定义如下： “应力与水溶液协同作用下引起的金属开裂(或断裂)的现象，叫做金属应力腐蚀开裂(或断裂)。” ;应力与腐蚀介质协同作用引起的各种破坏 (广义的SCC) ;应力与水溶液介质协同作用引起的破坏 (狭义的SCC) ;说明HIC与SCC之间的关系 金属的HIC和它在水溶液中的SCC是两种可能有关而又不同的现象，具有下图所示的逻辑中的交叉关系： (1)若腐蚀时的阴极反应析出的氢对断裂起主要作用，则该系统的SCC机理是HIC机理，这种SCC也是一种HIC，即位于重叠区③ (2)若应力协同下的阳极溶解(Anodic Dissolution-AD)对断裂起决定性作用，则该系统的SCC机理是AD机理，这种SCC位于图中的①区。 ;(3)HIC的氢除了来自腐蚀溶液的阴极反应外，还有内氢或其它外氢来源。这种HIC位于图的②区。 综上所述可知： ①从机理来讲，HIC和AD同属于SCC，但HIC与SCC不能平列，而AD也不能包络全部的SCC； ②SCC系统中HIC机理愈多，则图中的重叠区愈大，但绝不会完全重叠。;二．应力腐蚀开裂(断裂)(SCC) 自19世纪法国火车轮轴疲劳断裂失效(1842年)，黄铜弹壳的SCC失效，以及二战期间发生的S.S.Ponaganse号轮船(1947)和比