第六节应力腐蚀和腐蚀疲劳.ppt

《第六节应力腐蚀和腐蚀疲劳.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、第六章　应力腐蚀和腐蚀疲劳环境介质作用下的失效分析环境介质环境――指机电产品工作现场的气氛、介质和温度等外界条件。环境失效的主要模式是腐蚀金属零件腐蚀损伤是指金属材料与周围介质发生化学及电化学作用而遭受的变质和破坏。环境介质作用下的失效分析金属腐蚀失效――点蚀、大气腐蚀、接触腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀、氢脆、腐蚀疲劳、液态金属脆等。金属腐蚀每年造成的损失巨大。第一节应力腐蚀断裂的分析与判断金属构件在静应力和特定的腐蚀环境共同作用下所导致的脆性断裂为应力腐蚀断裂。应力腐蚀的条件应力腐蚀的特点应力腐蚀的断口特征应力腐蚀的条件引起应力腐蚀的应力一般为拉应力。纯金属不发生应力

2、腐蚀破坏。金属材料只有在特定的活性介质中才发生应力腐蚀开裂，即对于一定的金属材料，需要有一定特效作用的离子、分子或络合物才会导致构件的应力腐蚀断裂。应力腐蚀的特点应力腐蚀断裂属脆性损伤，即使是延性极佳的材料产生应力腐蚀断裂时也是脆性断裂。断口平齐，与主应力垂直，没有明显的塑性变形痕迹，断口形态呈颗粒状。应力腐蚀是一种局部腐蚀，而且腐蚀裂纹常常被腐蚀产物所覆盖，从外表很难观察到。因此，应力腐蚀断裂成为不易预防，危害性极大的断裂。应力腐蚀的特点应力腐蚀试样持续加载时，应力腐蚀裂纹扩展大体上由三个阶段组成。应力腐蚀的特点焊接、冷加工产生的残余应力和组织变化很容易成为应力腐

3、蚀的力学原因，甚至不同合金的膨胀系统的差别也可能成为应力腐蚀的应力源。应力腐蚀断裂的速度比机械快速脆断慢得多，但应力腐蚀断裂的速度比点蚀等局部腐蚀速度快得多。金属材料在腐蚀环境中所经历的过程也很重要，如果在腐蚀性环境中呆一段时间，然后再干燥一段时间，再重新处于腐蚀性环境中时，其腐蚀速率更快。应力腐蚀的断口特征断口的宏观特征：断口平直，并与正应力垂直，没有剪切唇口，没有明显的塑性变形，断口表面有时比较灰暗，这通常是由于有一层腐蚀产物所覆盖。应力腐蚀断裂起源于表面，且为多源，起源处表面一般存在腐蚀坑，且存在有腐蚀产物，离源区越近，腐蚀产物越多。腐蚀断裂断口上一般没有放射

4、状花样。断口的微观形貌：解理或准解理、沿晶断裂或混合型断口。应力腐蚀的断口特征高强度铝合金典型特征是沿晶断裂，并在晶界面上有腐蚀产生的痕迹。铝合金应力腐蚀断口上还可以看到另一种泥纹状花样，平坦面上分布着龟裂裂纹，平坦面并不是断口金属的真实面貌，而是晶界面上覆盖了厚厚一层腐蚀产物。应力腐蚀的断口特征奥氏体不锈钢在氯离子介质中主要是穿晶断裂，而300系列不锈钢在海洋性大气介质中除产生沿晶断裂之外。还可见到韧窝。应力腐蚀裂纹扩展的早期断面上可以见到泥纹花样。呈河流花样或扇形的准解理形貌是面心立方金属发生应力腐蚀断裂的又一典型特征。应力腐蚀的微观断口上还常见二次裂纹，沿晶界

5、面上一般存在腐蚀沟槽，棱边不大平直。应力腐蚀裂纹扩展过程中会发生裂纹分叉现象，即在应力腐蚀开裂中裂纹扩展时有一主裂纹扩展得最快，其余是扩展得较慢的支裂纹。应力腐蚀的断口特征亚临界裂纹扩展中，裂纹分叉可分为两种，其中一种是微观分叉，这种分叉表现为裂纹前沿分为多个局部裂纹，这些分叉裂纹的尺寸都在一个晶粒直径范围之内。另一种是宏观分叉，分叉的尺寸较大，有时可达几个毫米，甚至厘米。这种应力腐蚀裂纹分叉现象在铝合金、镁合金、高强度钢及钛合金中都可以见到。人们用应力腐蚀这一特征来区分实际断裂构件是应力腐蚀还是腐蚀疲劳、晶间腐蚀或其他断裂方式。第二节氢致破断失效的分析和判断由于

6、氢渗入金属内部导致损伤，从而使金属零件在低于材料屈服极限的静应力持续作用下导致的失效称为氢致破断失效，俗称氢脆。氢脆的类型及特点氢的来源氢在金属中存在的形式与作用氢脆的断口特征金属零件氢脆断裂失效性质判别氢脆与应力腐蚀断裂的比较氢脆的类型及特点根据氢的来源可分为内部氢脆和环境氢脆；根据应变速度与氢脆敏感性的关系可分为第一类氢脆和第二氢脆；根据经过低速度变形，去除载荷，静止一段时间再进行高速变形时其塑性能否恢复，又可分为可逆性氢脆和不可逆性氢脆。氢脆的类型及特点1、第一类氢脆1)这种氢脆裂纹都是由于金属内部氢含量过高所造成的。2)在材料承受载荷之前金属内部已经存在某些

7、断裂源，在应力作用下加快了这些裂纹的扩展。3)属于不可逆氢脆，当裂纹已经形成，再除氢也无济于事。氢蚀、氢分子气泡及氢化物氢脆均属于此类。氢脆的类型及特点2、第二类氢脆1)变形速度对氢脆影响很大，变形速度增加，金属的氢脆敏感性下降，变形速度降低，金属的氢脆敏感性增加。2)氢脆裂纹源的萌生与应力有关。裂纹源的生成是应力和氢交互作用下逐步形成，加载之前并不存在裂纹源。3)其中有些氢脆是可逆的，有些是不可逆的。氢的来源金属材料在加工、制造过程中，以及在使用环境下很容易受到氢的浸入。氢原子具有最小的原子半径，所以易于进入金属，随后在静应力作用下，向应力高的部位扩散聚集，由