第九章 环境介质作用下材料的力学行为.ppt

（4）缝内金属离子水解产生H+，使PH值下降。 由于缝内金属离子与氢离子不断增多，为维持电中性，缝外的Cl-可移至缝内，形成腐蚀性极强的盐酸，从而使缝内腐蚀以自催化方式加速进行。 应力腐蚀断口的宏观形貌与疲劳断口颇为相似，也存在亚稳扩展区和最后脆断区。在亚稳扩展区可见到腐蚀产物和氧化现象，断口常呈黑色或灰黑色，微观形貌一般为沿晶断裂型，也可能为沿晶-解理断裂型。断口表面可见到“泥状花样”的腐蚀产物及腐蚀坑，具有脆断特征，常有分叉现象。最后瞬断区一般为快速撕裂破坏，显示出金属材料的特征。 9.1.4 防止应力腐蚀的措施 由前述应力腐蚀的产生条件和机理可知，防止应力腐蚀的措施主要有以下几个方面： ①合理选材：针对零件所受应力和使用条件选用耐应力腐蚀的材料，这是一个基本原则。例如，铜对氨的应力腐蚀敏感性很高，接触氨的构件就应避免使用铜合金。 ②减少或消除零件中的残余拉应力：如去应力退火、表面喷丸等。 ③改善介质条件：这可从两方面考虑。一方面是减少和消除腐蚀介质中促进应力腐蚀断裂的有害化学离子，如采用水净化处理，降低冷却水与蒸汽中Cl-离子含量，对防止不锈钢的氯脆十分有效。另一方面是在腐蚀介质中添加缓蚀剂，以降低应力腐蚀速率。 ④采用电化学保护：采用外加电位方法，使金属在介质中的电位远离应力腐蚀敏感电位区域，从而防止应力腐蚀产生。 9.2 氢 脆 9.2.1 氢脆的类型与特征 1）概念 由氢和应力联合作用而使材料产生脆性断裂的现象谓之氢脆断裂，简称氢脆，亦称氢损伤。 2）氢脆产生原因 氢脆的产生可有多种途径。在应力腐蚀过程中，除在阳极产生金属溶解外，若同时在阴极发生 H++e?H 的反应生成原子氢，则会使氢吸附在金属表面。 若2H ? H2?，使生成的氢原子很容易变成氢分子而逸出，则不会引起氢脆。 但当结合成氢分子的过程受阻时，则部分氢原子会溶解到金属晶格中，从而产生氢脆。 此外，炼钢过程中，原料不纯，杂质在高温下分解出的氢部分溶入钢液，结晶后存留在钢的内部；焊接时焊条中的有机物或水分在电弧区分解，形成氢原子进入溶池，焊后扩散而进入基体；电镀及零件酸洗过程中也会使氢原子进入金属表面。 综上，由于氢的来源各有不同，多种因素会引起氢脆现象。 3） 氢脆类型 （据氢来源划分） 氢脆分为两大类：内部氢脆和环境氢脆。 内部氢脆：只是把晶格中过饱和的氢原子通过扩散输送到裂纹前端，使金属脆化； 环境氢脆：需要把环境介质中的氢通过物理吸附、化学吸附、氢分子分解、氢原子溶解及氢在晶格中的扩散等全过程，才能使氢达到裂纹尖端而产生氢脆。 因此，二者在脆化本质上没有区别，但在脆化过程，特别是在控制裂纹扩展速度的因素上可能完全不同。 4）氢脆断裂特征 内部氢脆的微观断口形态往往是穿晶解理或准解理型花样，而在宏观断口上可观察到“白点”。白点的形成与某区域过饱和氢聚集成氢分子或材料内部有如气孔、夹渣等宏观缺陷而使氢原子聚集在此缺陷处有关； 环境氢脆断口的宏观形态与一般的脆性断口形态相似，有时可见到一些反光的小刻面，其微观形态比较复杂，多表现为沿晶断裂，并可见到二次裂纹。有时在沿晶小平面上有撕裂棱。 9.3 腐蚀疲劳 腐蚀疲劳：机件受腐蚀介质和交变应力联合作用而失效的现象称为腐蚀疲劳失效。 与常规疲劳相仿，腐蚀疲劳过程也有裂纹萌生和裂纹扩展两个过程。 9.3.1 腐蚀疲劳的特点 同一材料在室温下按四种条件测得的典型恒幅S-N曲线见下图： 真空环境中疲劳强度最高，这是因为真空中排除了氧气和水蒸气的影响。 预浸腐蚀介质是在试样表面形成蚀坑，起应力集中作用，所以预浸蚀疲劳特性与缺口试样的疲劳特性相似。 腐蚀疲劳的S-N曲线最低，这是因为单纯腐蚀介质在蚀坑和裂纹尖端形成的保护膜在交变应力作用下不断破裂，致使新裸表面不断受到介质浸蚀的作用。 注意：材料的腐蚀疲劳特性除与腐蚀介质有关外，还与材料的成分、组织、常规力学性能、实验频率及应力水平等因素有关。 特点： （1）腐蚀环境不是特定的。只要环境介质对金属有腐蚀作用，再加上交变应力的作用都可产生腐蚀疲劳。这一点与应力腐蚀不同，腐蚀疲劳不需要金属-环境介质的特定配合，因此腐蚀疲劳更具有普遍性。 （2）腐蚀疲劳曲线无水平阶段，即不存在无限寿命的疲劳极限。因此通常采用“条件疲劳极限”即以规定循环周次（一般为107次）下的应力值作为腐蚀疲劳极限，来表征材料对腐蚀疲劳的抗力。参见图9.11。 （3）腐蚀疲劳极限与静强度之间不存在比例关系。下图是钢在空气及海水中的疲劳强度，可见不同抗拉强度的钢在海水介质中的疲劳极限几乎没有什么变化。这表明 提高材料的静强度对 在腐蚀介质中的疲劳 抗力没有什么贡献。 （4）腐蚀疲劳断口上可见到