材料腐蚀与防护 第三章.ppt

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材料腐蚀与防护 第三章

3.5 晶间腐蚀 常用金属及合金都是由多晶体组成,有大量晶界和相界。在某种介质条件下,金属腐蚀可沿晶界进行,造成了晶间腐蚀。这种腐蚀使晶粒之间失去结合力,金属强度丧失,导致构件过早破坏。 一:产生条件 晶间腐蚀是由于晶界原子排列较混乱,缺陷多,已产生晶界吸附(S,P,B,Si等)或析出物(碳化物,硫化物等)这导致晶界与晶粒内化学成分有差异,在适宜的介质中形成腐蚀原电池。 一般晶界为阳极,晶粒为阴极;析出第二相一般为阴极相. 二:晶间腐蚀的机理 1.贫化理论 该理论认为晶间腐蚀的原因是由于晶间析出新相,造成晶界界面附近某一成分的贫化。 奥氏体不锈钢晶间腐蚀最普通的原因,是晶界贫铬引起的。奥氏体不锈钢回火过程中在晶界上析出富铬的Cr23C6相,其中碳来源于晶粒内部,铬主要有碳化物附近的晶界提供。 这样使晶界附近的铬很快消耗尽,而晶粒内铬补充不上。因此出现贫铬区。在适宜的介质条件下,形成腐蚀电池, Cr23C6相及晶粒为阴极,贫铬区为阳极。 2.第二相选择性溶解理论 对于低碳和超低碳不锈钢来说,己不存在固碳化物在晶界析出引起贫铬的条件。 但实验表明,低碳钢也发生晶间腐蚀。 认为晶间腐蚀只能与?相在晶界沉淀有关。 ?相是FeCr金属间化合物。 在过钝化电位下, ?相发生严重腐蚀,其阳极溶解电流急剧上升,这可能是沿晶界分布的?相选择性溶解的结果。 二、影响晶间腐蚀的因素 1.电极电位与介质 晶间腐蚀的产生是在一定的电位下,晶界与晶粒本体之间存在电流差,产生了不等速溶解所致。这个原理可理解为晶界区与晶粒本体的阳极极化曲线的差。 随着不锈钢中铬含量的减少,从活化态至1200mv电位范围内,阳极电流密度显著增大。由于晶界贫铬,使晶界的电流密度远大于晶粒本体的电流密度,即晶界的腐蚀速度远大于晶粒本体的腐蚀速度。 2.加热温度与时间的影响 2.1晶间腐蚀倾向与晶间沉淀的关系 晶间腐蚀倾向与碳化物析出有关,但两者发生的温度、时间和加热范围并不完全一致。 解释: 1. 高温下(高于750℃),析出的碳化物是孤立的颗粒,高温下Cr也易扩散,不形成浓度梯度.所以不产生晶间腐蚀倾向。 2. 600一700 ℃容易析出连续的、网状的Cr 23C6,晶间腐蚀倾向最严重。 3. 低于600℃,Cr与C的扩散速度随温度降低而变慢,需要更长的时间才能产生碳比物析出,温度低450℃就难以产生晶间腐蚀。 2.2 温度—时间—敏化图( TTS曲线) 表明晶间腐蚀倾向与加热温度和时间关系的实验曲线,称为温度—时间—敏化图,每种合金通过实验都可作出这样一曲线。 结论:钢的最短加热时间(超过此时间即进入晶间腐蚀敏感区)和晶间腐蚀敏感性大小(用图中划线区面积表示)都与它的成分有关。 在一定的敏化温度下,随着加热时间的增加,钢的晶间腐蚀倾向愈严重,但是加热时间过长,晶间腐蚀倾向又复降低,甚至完全消除。 原因是在一定敏化温度下,随加热时时间过长,析出的碳化物颗粒逐渐聚集长大,晶界贫铬区不再连续,而且由于Cr在晶粒和晶界上的浓度差较大,C在晶粒和晶界上的浓度差较小,随着回火时间的延长Cr的扩散最终将超过C的扩散。通过Cr的扩散使晶粒内部与晶界上的铬浓度均匀,结果晶界耐蚀性又上升,晶间腐蚀敏感性减小。 钢材加热到晶间腐蚀最敏感的温度,恒温处理一定时间.这种处理工艺称为敏化处理; 产生晶间腐蚀倾向最敏感的温度叫敏化温度。 如18—8不锈钢敏感温度650一700℃,产生晶间腐蚀倾向所需要的最短时间为1—2h 3 合金成分的影响 (1)碳:奥氏体不锈钢中碳量愈高,晶间腐蚀倾向愈严重 (2)铬:能提高不诱钢耐晶间腐蚀的稳定性 (3)镍:增加不锈钢晶间腐蚀敏感性,可能与降低含炭量有关。 (4)钛,铌:都是强碳化物生成元素.高温时能形成稳定的碳化物减少了碳在回火时的析出,从而防止了铬的贫化。 四:防止晶间腐蚀的措施 1)降低含碳量。一般通过重熔方式将钢中碳的质量分数降至0.03%以下。 (2)加入固定碳的合金元素。 3)固溶处理:固溶处理能使碳化物不析出或少析出。 (4)采用双相钢。采用铁素体和奥氏体双相钢有利于抗晶间腐蚀。由于铁素体在钢中大多沿奥氏体晶界分布,含铬量又较高,因此,在敏化温度受热时,不产生晶间腐蚀。 3.6 选择腐蚀 选择性腐蚀是指多元合金中较活泼组分或负电性金属的优先溶解。 这种腐蚀只发生在二元或多元固溶体中,如黄铜

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