金属常见的金属腐蚀形式.ppt

应力腐蚀破裂是一个典型的滞后破坏，是材料在应力与环境介质共同作用下，需经一定时间的裂纹形核、裂纹扩展，最终达到临界尺寸，此时由于裂纹尖端的应力强度因子达到材料的断裂韧性，而发生失稳断裂。特征第63页,共77页，星期六，2024年，5月这种滞后破坏过程可分为三个阶段孕育期，裂纹萌生阶段，裂纹源成核所需时间，约占整个时间的90％左右；裂纹扩展期，裂纹成核后直至发展到临界尺寸所经历的时间；快速断裂期，裂纹达到临界尺寸后，由纯力学作用裂纹失稳瞬间断裂。第64页,共77页，星期六，2024年，5月应力腐蚀的裂纹有晶间型穿晶型和混合型三种类型。裂纹的途径与具体的金属－环境体系有关。同一材料因环境变化，裂纹途径也可能改变。应力腐蚀裂纹主要特点是：裂纹起源于表面；裂纹的长宽不成比例，相差几个数量级；裂纹扩展方向一般垂直于主拉伸应力的方向；裂纹一般呈树枝状。特征第65页,共77页，星期六，2024年，5月第66页,共77页，星期六，2024年，5月6、应力腐蚀裂纹扩展速度一般为10-6～10-3mm/min，比均匀腐蚀要快大约106倍，但仅约为纯机械断裂速度的10-10。7、应力腐蚀破裂是一种低应力脆性断裂。断裂前没有明显的宏观塑性变形，大多数条件下是脆性断口，由于腐蚀介质作用，断口表面颜色暗淡，显微断口往往可见腐蚀坑和二次裂纹，穿晶微观断口往往具有河流花样、扇形花样、羽毛状花样等形貌特征；晶间显微断口呈冰糖块状。第67页,共77页，星期六，2024年，5月应力腐蚀的影响因素：金属的应力腐蚀受各方面因素的影响。内因包括金属的组成，组织结构；外因包括介质的种类、浓度和温度等。下面来分别介绍：1.应力2.金属和合金3.介质第68页,共77页，星期六，2024年，5月1.应力发生腐蚀的应力虽然来自材料的加工和使用过程，在外加拉应力小时，应力对破裂时间影响不大；在外加应力大时，材料的破裂时间缩短。不同材料的到达破裂时所需的最小应力值K不同。合金到达破裂的时间对应力腐蚀的研究有很大的参考价值。由于破裂主要发生在试件受拉应力的后期阶段，起初裂纹扩展速度随裂纹深度的增加而增加，当到达破裂点时，材料截面缩小到其所受的力等于或大于合金的极限强度时，合金迅速发生了机械断裂。第69页,共77页，星期六，2024年，5月2.金属及合金虽然纯度很高的金属也有产生应力腐蚀的现象，但以二元和多元合金的敏感性较高，不锈钢中，加入适量的镍、铝、硅有利于提高钢的抗应力腐蚀性能。同一成分的合金，通过不同的加工方法处理，获得不同的组织结构，对应力腐蚀的敏感性可以产生很大的差别。第70页,共77页，星期六，2024年，5月3.介质介质对腐蚀的影响相当复杂，而且对不同腐蚀体系的影响都不同，不同金属在一定介质中，引起脆性断裂过程所需的温度并不相同。例如，镁合金通常在室温下便发生脆性断裂过程；软钢一般要在介质的沸腾温度下才破裂；大多数金属在破裂前都是在低于1000C的温度下产生脆性断裂。不过金属在破裂前都有一个最小的温度，这个温度可称为破裂临界温度，高于此值的材料才破裂，低于此值，材料不会破裂。还有氯化物种类的影响：一般认为，凡遇水分解为酸性的氯化物溶液均能引起奥氏体不锈钢的应力腐蚀断裂，例如镁、钙、钡、锌、镐、汞、锂、钠、钾、铁、钻、锰、铜、铵的氯化物。第71页,共77页，星期六，2024年，5月应力腐蚀破裂的机理——滑移-溶解理论应力腐蚀破裂可看成电化学腐蚀和应力的机械破坏互相促进的结果。金属表面的缺陷部位或薄弱点，由于电位比其他部位低，是个活性点，为应力腐蚀提供了裂纹源。材料表面的裂纹源，在特定介质和拉应力的联合作用下，有可能产生塑性变形而出现滑移阶梯，若滑移阶梯足够大便把表面膜拉破，新露的基底金属表面相对于钝化表面的电位变负，形成了一个面积特小的阳极，以较大的腐蚀电流密度迅速溶解成为蚀坑。第72页,共77页，星期六，2024年，5月微观裂纹形成后，裂纹尖端起了应力“升高器”的作用，使应力高度集中。应力的集中使尖端及邻近区域迅速变形屈服，于是又再使滑移阶梯出现。滑移阶梯的再次使尖端的表面膜又一次被拉破，尖端又一次加速溶解，这些步骤连续交替进行，裂纹便不断向深处扩展，最后便导致金属断面的破裂。第73页,共77页，星期六，2024年，5月应力腐蚀的控制：控制脆性断裂的途径有两种，一是从内因入手，合理选材；二是从外因入手，控制应力，控制介质或控制电位等办法，下面讲一些具体的方法。1.选用耐蚀材料2.控制应力3