第9章 环境介质作用下的金属力学性能.ppt

在特定外界条件下工作的机件，虽然所受应力低于材料屈服强度，但服役一定时间后，也可能发生突然脆断。这种与时间有关的低应力脆断称为延滞断裂。 外界条件可以是应力，如交变应力；也可以是环境介质，如腐蚀介质、氢气氛或热作用等。 由交变应力引起的延滞断裂，就是疲劳断裂； 而在静载荷与环境联合作用下引起的延滞断裂，叫做静载延迟断裂，或称静疲劳； 如果在腐蚀介质中承受交变应力作用，则产生腐蚀疲劳。 应力腐蚀是在特定的材料与介质组合下才发生的，而腐蚀疲劳却没有这个限制，它在任何介质中均会出现。 对应力腐蚀来说，有一临界应力强度因子KISCC ，这是材料固有的性能，当外加应力强度因子KIKISCC，材料不会发生应力腐蚀裂纹扩展。但对腐蚀疲劳，即使KIKISCC ，疲劳裂纹仍旧会扩展。 应力腐蚀破坏时，只有一两个主裂纹，主裂纹上有分支小裂纹，而腐蚀疲劳裂纹源有多处，裂纹没有分支。 在一定的介质中，应力腐蚀裂纹尖端的溶液酸度是较高的，总是高于整体环境的平均值。 进入网络实验室 第九章 环境介质作用下的金属力学性能 (一) 应力腐蚀现象 Stress Corrosion Cracking 由拉伸应力和腐蚀介质联合作用而引起的低应力脆性断裂称为应力腐蚀（常用英文的三个字头SCC表示）。 一 .应力腐蚀现象及其特征 第一节 应力腐蚀断裂 应力腐蚀的介质-----特定 黄铜----------氨气氛 不锈钢--------氯离子的腐蚀介质 1．只有在拉伸应力作用下才能引起应力腐蚀开裂。 2．产生应力腐蚀的环境总是存在腐蚀介质，这种腐蚀介质一般 都很弱，如果没有拉应力的同时作用，材料在这种介质中腐蚀速度很慢。 应力腐蚀断裂的特定的条件： 湿空气，NaCl水溶液，海水，工业大气，海洋大气 铝合金 水蒸汽，湿H2S，氨溶液 铜合金 海洋大气，氯化物，硫酸，硝酸，磷酸 航空用高强度钢 氯化的，海水，工业大气，酸性硫化物 马氏体不锈钢 氯化物水溶液，海水，海洋大气，高温水，潮湿空气（湿度90%），热NaCl，H2S水溶液，严重污染的工业大气 奥氏体不锈钢 荷性钠溶液，氯溶液，硝酸盐水溶液，H2S水溶液，海水，海洋大气与工业大气 碳钢 腐蚀介质 合金 表10-1 合金产生应力腐蚀的特定腐蚀介质 3．应力腐蚀的裂纹扩展一般在10-9-10-6m/s，象疲劳。 亚临界扩展-------临界尺寸------突然断裂 （二）应力腐蚀断口特征 应力腐蚀断裂也是通过裂纹形成和裂纹扩展这两个过程. 一般认为 裂纹形成约占全部时间的90%左右. 裂纹扩展仅占10%左右。 应力腐蚀断裂可以是沿晶断裂，也可以是穿晶断裂。 取决于合金成分及腐蚀介质. 应力腐蚀的断口，其宏观形貌属于脆性断裂，有时带有少量塑性撕裂痕迹。裂纹源可能有几个，但往往是位于垂直主应力面上的那个裂纹源才引起断裂。 其裂纹源及亚稳扩展区常呈黑色或灰黑色， 失稳扩展区的断口常有放射花样或人字纹, 光亮色。 二 断裂力学在应力腐蚀中的应用 应力腐蚀断裂是一种与时间有关的延滞断裂。 用裂纹扩展速率da/dt来描述应力腐蚀裂纹的亚临界扩展。 当裂纹前端的应力场强度因子KI大于材料的KISCC时，材料就可能产生应力腐蚀开裂而导致破坏，其开裂判据为： 式中 KI 裂纹尖端应力场强度因子，公斤力/毫米3/2； KISCC应力腐蚀临界应力场强度因子，公斤力/毫米3/2； σ 断裂抗力，公斤力/毫米3/2 α 裂纹的半长度，毫米 Y 裂纹形状系数。 或 （一）KISCC的概念 当K1降低到某一定值后，材料就不会由于应力腐蚀而发生断裂（即材料有无限寿命），此时的K1就叫做应力腐蚀临界应力场强度因子，并以KISCC表示。 在lg(da/dt)- K1的坐标上，其关系如图(p167) ，曲线一般可分成三段。 （二）应力腐蚀裂纹扩展速率 当裂纹前端的KI KISCC时，裂纹就会随时间而长大。单位时间内裂纹的扩展量叫做应力腐蚀裂纹扩展速率，用da/dt表示，实验证明，da/dt和裂纹前端的应力场强度因子有关。即 第Ⅰ阶段，当: KIKIscc时，裂纹经过一段孕育期后突然加速扩展， da/dt与KI的关系曲线几乎与纵坐标轴平行。 第Ⅱ阶段，曲线出现水平段， da/dt与KI几乎无关，因为这一阶段裂纹尖端变钝，裂纹扩展主要受电化学过程控制。 第Ⅲ阶段，裂纹长度已接近临界尺寸， da/dt又明显地依赖KI， da/dt 随KI而增加而增大，这是材料走向快