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第六章 金属的应力腐蚀 和氢脆断裂 第一节 材料腐蚀的基本概念 第二节 应力腐蚀 第三节 氢脆 第一节 材料腐蚀的基本概念 一、腐蚀的基本概念 腐蚀－物质的表面因发生化学或电化学反应而受到破坏的现象。腐蚀是物质本身质的变化――化学变化或电化学变化。这种质的变化是外界环境、介质影响的结果。因此，也可以把由于环境介质作用于材料或物质本身，使之发生质的变化的现象称为腐蚀 材料的腐蚀具有双重性。通常腐蚀对金属构件是有害的，但有时可以利用腐蚀现象对金属材料进行电化学加工，如制备信息硬件的印刷线路板，制取奥氏体不锈钢粉末等。 二、腐蚀的类型 1、根据金属腐蚀的机理不同分类 化学腐蚀－金属表面与非电介质直接发生化学作用而引起的破坏。 电化学腐蚀－金属表面与电介质溶液发生电化学反应而引起的破坏。 2、根据腐蚀的环境分类 大气腐蚀、海水腐蚀、淡水腐蚀、土壤腐蚀、化工介质腐蚀、熔融介质中的腐蚀 三、耐蚀性及其评定方法 金属材料在某一环境介质下承受或抵抗腐蚀的能力――称为金属材料的耐蚀性或抗蚀性。 1、均匀腐蚀的程度与评定方法 （1）腐蚀速度的质量指标 金属因腐蚀而发生质量变化，在失重时是指腐蚀前的质量与清除腐蚀产物后的质量之间的差值。 用下式表示 V-－失重时的腐蚀速度g/m2h W0－金属初始质量 W1－清除腐蚀产物后的质量 S－金属的表面积 t－腐蚀时间 可按下式将腐蚀的失重指标换算成腐蚀的深度指标： VL= V-×24×365×10/(10000ρ)= V-×8.76/ρ VL－腐蚀的深度指标 mm/a （毫米/年） ρ－金属的密度 g/cm3 （3）均匀腐蚀金属耐蚀性的评定 对于均匀腐蚀的金属材料，耐蚀性等级的划分大多采用深度指标，但金属腐蚀深度一般是随时间变化的，所以从腐蚀手册查到的资料难以精确地反映出实际情况，因此选用评定标准时，应考虑实际情况和使用期限。 2、局部腐蚀的程度与评定方法 （1）局部腐蚀程度的表示方法 金属的局部腐蚀其质量及外形尺寸一般没有明显变化，但其力学性能下降。为判断金属局部腐蚀的程度，可以进行力学性能试验测定金属腐蚀后的性能变化加以评定： 腐蚀强度指标：指材料腐蚀前后的强度极限变化率。 Kσ=[(σb-σ’b)/ σb] ×100%(腐蚀时间t后) Kσ－腐蚀强度指标 σb－腐蚀前强度 σ’b－腐蚀后强度 腐蚀的延伸率指标：指材料腐蚀前后延伸 率的变化。 Kδ=[(δ-δ’)/ δ] ×100%(腐蚀时间t后) （2）局部腐蚀耐蚀性评定 局部腐蚀的种类和测试方法很多，评定标准也不尽相同，所以应根据局部腐蚀的类型选择表示腐蚀程度的指标，按其使用条件与要求选用评定标准。 第二节 应力腐蚀 一、应力腐蚀现象及其产生条件 1、应力腐蚀现象 金属在拉应力和特定的化学介质共同作用下，经过一 段时间后所产生的低应力脆断现象，称为应力腐蚀断 裂。（SCC）。 常见的有： 低碳钢和低合金钢在苛性碱溶液中的“碱脆”和在含有 硝酸根离子介质中的“硝脆”。 奥氏体不锈钢在含有氯离子介质中的“氯脆”。 铜合金在氨气介质中的氨脆。 2、产生条件 （1）应力：机件所承受的应力包括工作应力和残余应力。在化学介质诱导开裂过程起作用的是拉应力，且产生应力腐蚀的应力不一定很大。 （2）化学介质：只有在特定的化学介质中，某种金属材料才能产生应力腐蚀。 （3）金属材料：一般纯金属不会产生应力腐蚀，所有合金对应力腐蚀均有不同程度的敏感性。在每一种合金系列中，都有对应力腐蚀不敏感的合金成分（如镁铝合金）。 常用金属材料引起应力腐蚀的敏感介质 二、应力腐蚀断裂机理 关于应力腐蚀的机理曾提出许多学说，如活性通路—电化学理论，膜破裂理论、氢脆理论，“化学脆变—脆性破裂”理论，腐蚀产物楔入理论、隧洞形蚀孔撕裂理论，应力吸附破裂理论，快速溶解理论，环境破裂三阶段理论……等。 滑移－溶解理论 在特定化学介质中首先在表面形成一层钝化膜， 在拉应力作用下裂纹尖端地区产生局部塑性变 形，滑移台阶在表面露头时钝化膜破裂，显露出 新表面。这个新表面在电解质溶液中成为阳极， 具有钝化膜的金属表面为阴极，从而形成腐蚀微 电池。 在应力腐蚀过程中，衡量腐蚀速度的腐蚀电流I 表示为： R－微电池中的电阻；Vc,Va-电池两极的电位。 如果在介质中的极化过程相当强烈，则Vc-Va变得 很小，腐蚀过程就大受抑制； 如果介质中