应力腐蚀开裂氢致开裂.ppt

* 四、氢致开裂的机理——氢腐蚀（生成甲烷、硅烷） 钢的氢腐蚀机理模型示意图 铁素体晶体结构和显微组织 含碳少 奥氏体晶体结构和显微组织 含碳多 * 温度：各种钢发生氢腐蚀的起始温度为200oC以上。 氢分压：氢分压低时，发生表面脱碳难以鼓泡或开裂。 介质气体：含氧或水蒸气时，降低氢进入钢中的速度；含H2S时，孕育期变短。 合金元素：碳含量增加，孕育期变短；加入形成碳化物金属（Ti、Nb、Mo、W、Cr），减少甲烷生成；MnS为裂纹源的引发处，应去除。 热处理和冷加工。 抑制氢腐蚀的措施 * 四、氢致开裂的机理——氢鼓泡（生成氢分子） 氢鼓泡机理示意图 H2S是弱酸，在酸性溶液中主要以分子形式存在； 在金属表面阴极反应生成大量的氢原子； 氢原子渗入金属内部，通过扩散达到缺陷处，析出氢气产生高压； 非金属夹杂物（如Ⅱ型MnS）为裂纹的主要形核位置。 * 温度：氢鼓泡在室温下出现，升高或降低温度可减少开裂现象。 硫含量：降低钢中硫含量可减少硫化物夹杂数量，降低钢对氢鼓泡的敏感性。 合金化：钢中加入铜（0.2~0.3%）能抑制表面反应，减少氢的渗入；加入铬、钼、钒、铌、钛能提高基体对裂纹扩散的阻力。 调整热处理和控制轧制状态。 抑制氢鼓泡的措施 * 第三节 腐蚀疲劳 腐蚀疲劳：材料或构件在交变应力与腐蚀环境作用下产生的脆性断裂。 交变应力：即疲劳应力，指大小或大小和方向随时间变化的应力。 循环应力：按一定规律呈周期性变化的应力。 随机变动应力：无规律随机变化的应力。 疲劳极限：随疲劳应力降低，工程材料发生疲劳断裂所需的循环周次增加。把工程材料经历无限次循环（107~8）而不发生断裂的最大应力成为材料的疲劳极限。 一、腐蚀疲劳的定义 * * 疲劳示意图 纯疲劳试验和腐蚀疲劳试验 的S-N曲线 * 二、腐蚀疲劳的特点 腐蚀疲劳不存在疲劳极限：即在腐蚀条件下无论多小的力均能使材料发生脆性断裂，只是次数增加而已。 绝大多数金属或合金在交变应力下都可以发生，而且不要求特定的介质。 腐蚀疲劳强度与其耐蚀性有关：耐蚀材料的腐蚀疲劳强度随抗拉强度提高而提高。 腐蚀疲劳裂纹多起源于表面腐蚀坑或缺陷，表面容易观察到短而粗的裂缝群。裂缝多半穿越晶粒发展，没有分支。 腐蚀疲劳断裂为脆性断裂，裂缝的前缘较“钝”，断口大部分有腐蚀产物覆盖，小部分断口较为光滑。 * 三、腐蚀疲劳的机理 蚀孔应力集中理论：电化学腐蚀产生的小孔成为应力集中点，在金属受拉应力时该处滑移变形，产生滑移台阶，暴露新鲜金属表面产生溶解。当金属受压应力时，即逆向滑移，不能复原，从而形成裂纹源，交变应力往复，裂纹不断扩展。 滑移带优先溶解理论：金属在交变应力作用下产生的驻留滑移带、挤出、挤入处，由于位错密度高或杂质在滑移带沉积等原因，使原子具有较高的活性，受到优先腐蚀，导致腐蚀疲劳裂纹形核。变形区为阳极，末变形区为阴极，在交变应力和电化学作用下，加速了裂纹的扩展。 * 典型的滑移线形貌 韧性断裂又叫延性断裂和塑性断裂，即零件断裂之前在断裂部位出现较为明显的塑性变形。 韧性断裂最显著的特征是伴有大量的塑性变形，而塑性变形的普遍机理是滑移，即在韧性断裂前晶体产生大量的滑移。 晶体材料的滑移面与晶体表面的交线称为滑移线，滑移部分的晶体与晶体表面形成的台阶称为滑移台阶。 由数目不等的滑移线或滑移台阶组成的条带称为滑移带。 晶界 滑移带 在交变载荷作用下，材料发生局部滑移。随着循环次数的增加，滑移线在某些局部区域内变粗形成滑移带，其中一部分滑移带为驻留带。进一步增加循环次数，驻留滑移带上可以形成挤出峰、挤入槽现象，即为疲劳裂纹的萌生。实际工程构件的疲劳裂纹大都在零件表面缺陷、晶界或第二相粒子处萌生。 (a)在晶界附近起源? ???(b)在滑移带的缺口处起源 滑移带中的挤出、挤入现象 * 疲劳断裂过程示意图 (1) 疲劳裂纹稳定扩展第一阶段是在裂纹萌生后，在交变载荷作用下立即沿着滑移带的主滑移面向金属内部伸展。此滑移面的取向大致与正应力成45o角。 (2) 疲劳裂纹扩展一定距离后将改变方向，沿着与正应力相垂直的方向扩展。 * 腐蚀疲劳的蚀孔应力集中模型示意图 循环应力作用下，表面钝化膜不断破坏导致金属暴露，腐蚀迅速发生。 主要步骤：1） 腐蚀介质中发生点蚀坑； 2）应力作