第三章常见失效形式以及特征和诊断3--腐蚀疲劳断裂等ppt课件.ppt

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1、3.4环境破断失效1、定义：金属在特定的介质条件下，受拉应力作用，发生裂纹及断裂现象。2、特点：a：脆性断裂，即使是延性材料。b、局部腐蚀：没有征兆。危害大(一）应力腐蚀c、延迟断裂速度介于均匀腐蚀速度与快速机械断裂速度之间。d、拉应力:包括外加拉应力和残余拉应力通常存在应力腐蚀断裂的临界应力e、特定介质：3、应力腐蚀评定方法恒定应力下的断裂时间tf，或者指定时间内发生应力腐蚀断裂的最低应力σSCC以及应力腐蚀的门槛应力。评定应力腐蚀的断裂力学参量为指定时间内应力腐蚀的界限应力强度因子KISCC。4、应力腐蚀开裂的形貌a．宏观形貌及断口特征呈现脆性断裂的特征起源于表面膜层的缺陷处，颜色比较

2、深；外表面及裂缝内壁的腐蚀程度轻,裂纹深而窄。主裂纹上常大量分叉，并在大致垂直于应力方向上连续扩展，有强烈的方向性失稳扩展区没有腐蚀产物覆盖；呈现过载断裂的特征波纹管表面腐蚀形态b．微观形貌及断口特征（1）裂纹走向扩展路径有穿晶的、沿晶的或二者混合的。易平面滑移的材料倾向于穿晶断裂；易发生交错滑移的金属材料更倾向于沿晶断裂。碳钢及低合金钢、铬不锈钢、铝、钛、镍等多为沿晶的；奥氏体不锈钢则多为穿晶的.（2）特征花样：河流花样、扇形花样、羽毛状花样、鱼骨花样、准解理等腐蚀断口表面的准解理（韧窝）特征6、防止应力腐蚀开裂的措施（1）合理选材：针对零件所受的应力和使用条件选用耐应力腐蚀的材料：在接

3、触氨的环境中避免用铜的合金在高浓度氯化物介质，考虑氯对镍的腐蚀。在选材时，尽可能选用应力腐蚀界限强度因子KISCC高的材料。(2)减少或消除零件中的残余拉应力设计上尽可能减小零件的应力集中工艺上加热冷却均匀，必要时采用退火工艺消除内应力采用喷丸处理或者表面热处理，在零件表面产生一定的残余压应力。（3）改善介质条件（4）采用电化学保护。采用净化方式，减少或消除应力腐蚀开裂的有害化学离子添加缓蚀剂。（5）在设计中对应力进行控制。二、氢脆失效1定义：在氢（>0.0001w%）和应力共同作用下使金属材料的塑性、韧性下降的一种现象。2、氢的来源：（1）熔炼过程中，水分和油垢在高温下分解（2）机加工中

4、（酸洗、电镀）引入。（3）有氢环境中服役引入。3、氢的存在方式：（1）间隙固溶；（2）以氢分子扩散聚集在空洞或裂纹处。（3）和过渡族、稀土金属、碱土金属元素作用，以氢化物形式存在。3、氢脆失效的类型、特征以及评定根据氢存在方式以及氢与金属作用方式，氢脆理论包括：氢压理论、氢化理论、减聚理论氢脆失效的类型1、白点：也称为发裂。由于含有过量的氢造成。在断口上可见银白色椭圆形斑点。在钢的纵向剖面上呈现发纹状。可以通过精炼除气、锻后缓冷或等温退火以及加入稀土和微量元素消除。2、氢蚀：与碳化合，生成CH4，产生高压,导致钢的塑性降低。呈沿晶断裂，在〉200℃以上出现。通过减碳加合金（Ti、V）消除。

5、3、氢化物致脆：纯Ti、V、Nb、锆（Zi）合金4、氢致延滞断裂（高强钢或α-βTi合金）-100~150℃慢速加载显著降低延伸率、断面收缩率裂纹路径与应力有关高浓度自发形成氢化物应力感生氢化物氢脆的评定分别为不含氢和含氢试样的断面收缩率采用氢脆敏感性表示或者da/dt—Kith曲线表示4、防止氢脆的措施1、环境因素切断氢进入金属内途径。表面涂层加入抑制剂电镀酸洗后及时去氢2、力学因素3、材料因素避免产生残余拉应力尽量避免在含氢介质中使用高强度钢制定正确工艺，避免出现氢脆敏感性的组织细化晶粒，提高抗氢脆能力三、腐蚀疲劳断裂1、定义：在腐蚀介质和循环应力共同作用下的一种失效形式。叠加模型竞争

6、模型2、腐蚀疲劳损伤的特点a、表面受到腐蚀破坏，断口有较多的二次裂纹、腐蚀坑和锈斑特征。b、腐蚀疲劳断口的疲劳条纹，因腐蚀而较模糊。c、碳钢和铜合金的腐蚀疲劳断口多为沿晶断裂，奥氏体不锈钢和镁合金断口为穿晶断裂。d、腐蚀疲劳电子断口上，经常可观察到腐蚀坑，泥裂花样以及腐蚀产物。3、提高腐蚀疲劳抗力的措施a、表面感应淬火，提高表面层的强度。b、喷丸或表面滚压，造成表面压应力，提高表面层的强度。c、表面化学热处理。渗碳、氮化、氰化以及渗Cr、渗碳化铬，提高腐蚀疲劳抗力。d、电镀:表面电镀Cr、Ni、Cu等高熔点金属，在表面呈拉应力状态，对抗腐蚀疲劳不力，而镀Zn和镀Cd（镉）在镀层中产生残余压

7、应力，提高抗疲劳腐蚀强度。e、涂层保护。腐蚀疲劳失效案裂[例]蒸汽涡轮发电机上的保险阀弹簧在潮湿空气中的腐蚀疲劳断裂该弹簧由工具钢H21制成。当气压达到2.45MPa时，保险阀开启，但在压力尚未达到1.79MPa时，保险阀弹簧却破碎为12片。弹簧工作环境为水蒸气，其温度在330～400℃范围变化。对碎片目视检查发现，每一断口上均有拇指状断裂源，具有典型的疲劳断口特征。弹簧断口表面特征及同时碎成12片的事实说明，弹簧所受均