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1、第六章 金属的应力腐蚀和 氢脆 与时间有关系的断裂： 低应力脆断 疲劳断裂 腐蚀断裂 由应力和腐蚀环境共同作用引起的 断裂，叫 应力腐蚀断裂； 如果与氢接触氢脆； 在腐蚀介质中承受交变应力作用，则产生腐 蚀疲劳。 本章主要内容： 1.应力腐蚀； 2.氢脆断裂。 第一节 应力腐蚀 一、应力腐蚀现象及特征 应力腐蚀现象 应力腐蚀断裂：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。 应力腐蚀断裂一般都是在特定的条件下产生的： 拉伸应力作用下； 存在特定腐蚀介质； 应力腐蚀产生条件 1、应力 2、化学介质 3、金属材料 二、应力腐蚀断裂机理及断口特征 1. 保护膜破
2、坏机理 滑移-溶解理论： 滑移-膜破-阳极溶解-再钝化. 表面形成一层保护膜钝化。 具有钝化膜的金属表面为阴极 附加应力使局部地区的保护膜破裂微电池的阳极 ，产生阳极溶解 保护膜反复形成反复破裂的过程，局部地区腐蚀加深 ，形成蚀坑。 应力集中，加速了孔洞表面附近的塑性变形和保护膜 破裂。 应力腐蚀断口特征 三、应力腐蚀抗力指标 应力腐蚀临界应力场强度因子K1scc 应力腐蚀裂纹扩展速率da/dt （一）K1scc的概念及其测定 当K1值降低到某一临界值时，材料就不会由于应力腐蚀而发生断裂。这 一K值 为应力腐蚀门槛值，以K1SCC表示; 或 应力腐蚀临界应力场强度因子 对于一定的材料，在一定的
3、介质下，K1scc为一常数。 用K1scc建立材料发生应力腐蚀开裂的断裂判 据： K1 K1scc时， 可能产生应力腐蚀开裂而导 致破坏； K1K1scc时，原始裂纹不会扩展，机件可 以安全服役 1 KK1SCC时,可长期处于腐蚀环境中而不 发生破坏.； 2 K1SCC KK1C时,加上初始载荷后试样立即断裂 。 （二）应力腐蚀裂纹扩展速率da/dt 单位时间内裂纹的扩展量叫做应力腐蚀裂纹扩 展速率，用da/dt表示； da/dt和裂纹前端的应力场强度因子有关。即 曲线一般可分成三段 第阶段，几乎与纵坐标轴平行； 第阶段，水平段，da/dt与K1几乎无关； 第阶段，裂纹长度已接近临界尺寸， d
4、a/dt 又明显地依赖K1，且随K1而增加而增大； 当K1i达到K1c时，便发生失稳扩展，材料断裂 。 四、防止应力腐蚀的措施 （一）降低 拉应力 喷丸或其它表面热处理，退火等。 （二）改变介质条件 1.减少或消除助长应力腐蚀开裂的有害化学离子 。 例如：通过水的净化处理降低冷却水与蒸汽中的氯 离子会含量， 可预防奥氏体不锈钢的应力腐蚀开裂 。 2.在一些环境中添加防腐剂。 （三）选用合适的合金材料 例如，黄铜对氨的应力腐蚀开裂敏感性很高， 避免使用铜合金。 （四）采用电化学保护 阳极保护或阴极保护。 第二节 氢脆 金属材料由于受到氢和应力的共同作用而 引起的断裂，统称为氢脆断裂或氢致开裂 一
5、、氢在金属中的存在形式 根据氢脆的氢来源分成两大类： 一类为内部氢脆； 二类氢脆称为环境氢脆； 氢在金属中的存在形式：氢分子，氢原子 ，氢化物，间隙固溶体。 二、氢脆类型及特征 1、氢蚀 氢以原子的形式存在 4H+C=CH4 2、 白点 以氢分子的形式存在于缺陷处，多呈圆形或椭圆形，而且轮 廓分明，表面光亮呈银白色，故称白点。 低温长时间保温，则可消除。 3、 氢化物致脆： 与氢有较大亲和力的金属，生成金属的氢化物。 4、 氢致延滞断裂 固溶状态的氢，在应力持续作用下，孕育后，在三向拉应力 区形成裂纹，裂纹逐步扩展，最后突然发生脆性断裂。 这种由于氢的作用而产生的延滞断裂现象称为氢致延滞断 裂
6、 。 特点： （1）只在一定温度范围内出现； 如高强度钢：100一150之间，而以室温 下最敏感； （2）提高应变速率，材料对氢脆的敏感性降低 。 （3）显著降低金属材料的断后伸长率，断面收 缩率随含氢量增加不断下降，且材料强度愈 高，下降愈剧烈。 （4) 高强度钢的断裂具有可逆性。 即低应力慢速应变后，塑性下降，卸载，停 留，再高速加载，塑性恢复，氢脆消除。 3、钢的氢致延滞断裂机理 1 断裂过程分为三个阶段：孕育阶段、裂纹亚稳 扩展阶段及失稳扩展阶段。 裂纹孕育： 氢进入形成固溶体氢迁移氢偏聚； 亚稳扩展：拉应力促使H溶解，裂尖高氢聚集 ，形成新裂纹，与原裂纹的尖端汇合扩展、停 止，再孕育、扩展； 失稳扩展：当裂纹亚稳扩展达到临界尺寸时便 失稳扩展而断裂 五、防止氢脆的措施 1环境因素： 采用表面涂层、酸洗去氢、电镀； 2. 力学因素： 采用表面处理，使表面获得残余压应力层； 努力提高材料的氢脆门槛值K1HEC。 3. 材质因素： 含碳量较低且硫、磷含量较少的钢，氢脆 敏感性低。钢的强度等级愈高，对氢脆愈敏 感。细化晶粒。
