材料科学与工程基础 教学课件第二章 材料的力学性能..ppt

3.应力腐蚀抗力指标图2-77应力腐蚀的σ-tf关系曲线图2-78预制裂纹试样的K1初-lgtf曲线4.预防应力腐蚀开裂的措施1)合理选材，尽可能选择KⅠscc较高的材料。防止敏感金属材料和特定腐蚀环境的特殊组合，例如，在氨气或氨盐介质中服役，不要选用铜合金。可采用合金化、热处理和提高冶金质量等方法改善材料抗应力腐蚀性能。2)构件工作应力不但要远低于材料屈服强度，而且要低于?scc。同时还要考虑到材料的固有裂纹和缺陷的存在，在腐蚀环境中，测定KⅠscc，以决定使用条件下的应力场强度因子和允许的裂纹尺寸。同时要避免应力集中，对必要的缺口要选用较大曲率半径。尽可能减少热处理、冷加工和焊接等残余拉应力。总之，控制和降低应力是防止应力腐蚀开裂的行之有效的方法。3)改善构件工作的介质条件可有效防止应力腐蚀开裂。常用的方法如下：减少或消除引起应力腐蚀开裂的有害化学离子，改变介质温度、浓度、杂质含量和pH值等；添加缓蚀剂，改变介质的的性质；采用阴极保护法或阳极保护法等电化学保护方法；采用防腐涂层、金属镀层等以防止金属构件与腐蚀介质直接接触。(二)氢脆氢和应力的联合作用而导致金属材料产生脆断的现象叫氢脆。1.氢在金属中的存在形式氢在金属中可有不同的存在形式。一般情况下，氢以原子态固溶于基体金属中，形成间隙固溶体。由于氢的固溶度随温度降低而下降，所以氢可在缺陷处（空洞、气泡、裂纹等处）聚集形成分子态氢。此外，氢还可与一些过渡族元素、稀土元素或碱土金属作用形成氢化物，与第二相如渗碳体作用形成甲烷气体。2.氢脆的基本类型及特征(4)(3)(2)(1)研究方法氢蚀白点（发裂）氢化物致脆氢致延滞断裂第五节失效装备和构件在使用过程中，由于应力、时间、温度、环境介质和操作失误等因素作用，失去其原有功能的现象叫失效。一、变形失效(一)金属构件的弹性变形失效构件产生的弹性变形量超过构件匹配所允许的数值，称为过量弹性变形失效。对于弯曲变形的轴类零件，当弹性变形量过大（挠度过大或扭转角过大）会造成轴上的啮合零件的严重偏载、啮合失常，甚至咬死，导致传动失效。还有一类弹性变形是失去弹性功能的失效。对于弹性元件在服役时要求弹性变形具有可逆性、单值性和小变形量的特性。例如弹簧称上的弹簧，在较小的拉力下，被拉的过长，会造成称重不准确，从而失效。过载、超温、材料组织结构发生变化是产生弹性变形失效的主要原因。而这些原因往往是构件设计不合理、计算错误或选材不当等造成的。(二)金属构件的塑性变形失效金属构件在服役时产生的塑性变形量超过允许的数值称为塑性变形失效。由于金属的塑性变形是不可逆的，所以比弹性变形时效更好判断。例如液氨钢瓶充进过量液氨，由于阳光直射，瓶内压力增高，使周向切应力大于材料屈服强度，于是钢瓶产生塑性变形，使钢瓶涨成腰鼓状。液氨用完后，其形状不会恢复，于是钢瓶报废。塑性变形失效原因主要是过载造成的。防止塑性变形失效的措施为：合理选材，控制好材料组织状态及冶金质量，提高金属材料的塑变抗力；正确进行应力计算，合理选择安全系数，减少应力集中和降低设备工作的应力水平；注意腐蚀环境介质对材料强度和尺寸的影响。(三)高温作用下金属构件的变形失效1.蠕变变形失效图2-35典型蠕变曲线图2-36恒定温度下改变应力对蠕变曲线的影响2.应力松弛变形失效图2-37金属的应力松弛曲线应力松弛是变形量恒定条件下，随时间的延长，构件的弹性变形不断转为塑性变形使应力不断降低的过程。预防应力松弛失效的措施是选用应力松弛稳定性好的材料。对正在服役的紧固件要进行一次或多次的再紧固。但要注意每紧固一次，材料都将产生应变硬化，残余应力有所下降，随塑变总量的增加，材料最终会发生断裂。二、断裂失效断裂是工程材料的主要失效形式之一。完全断裂是材料在应力作用下，被分为两个或几个部分。材料内部产生裂纹则称为不完全断裂。(一)断裂的基本类型及特点韧性断裂与脆性断裂图2-38拉伸断口三个区域形成示意图软钢的光滑圆柱试样的静力拉伸断裂是典型的韧性断裂。其宏观的断口为杯锥状，由纤维区、放射区和剪切唇区组成韧性断裂是指金属材料在断裂之前产生明显塑变，裂纹的扩展过程中要消耗大量能量。图2-39杯锥状断口形成示意图a）颈所缩导致三向应力b）微孔形成c）微孔长大d）微孔连接呈锯齿状e）边缘剪切断裂图2-40平板矩形拉伸试样宏观断口形态示意图拉伸断口三区的形态、大小和相对位置，因材料的性能、实验温度、加载速度、试样形状等不同而发生变化。对于光滑平板矩形试样，其断口和圆柱试样一样，也有三区，所不同的是各区形态不同。其中纤维区变成“椭圆形”，