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1、1孙朝阳 机械工程学院孙朝阳 机械工程学院 mbm_(123456789)金属的应力腐蚀和氢脆断裂金属的应力腐蚀和氢脆断裂工程材料的力学行为系列讲座之九工程材料的力学行为系列讲座之九2北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！3北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！?应力腐蚀应力腐蚀 ?氢脆氢脆讲座内容讲座内容4北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！应力腐蚀应力腐蚀1、定义与特点（1）定义 金属在拉应力和特定的介质共同作用下，经过一段时间后，所产生的
2、低应力脆断现象。（2）特点拉应力，特定介质，时间，脆断。低碳钢、低合金钢碱脆、硝脆；不锈钢氯脆；铜合金氨脆。?应力腐蚀及其产生条件应力腐蚀及其产生条件5北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！2、产生条件应力：外应力、残余应力；化学介质：一定材料对应一定的化学介质（表）金属材料：化学成分、显微组织、强化程度等。应力腐蚀应力腐蚀?应力腐蚀及其产生条件应力腐蚀及其产生条件6北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！1、机理 滑移溶解理论（钝化膜破坏理论）a）应力作用下，滑移台阶露头 且钝化膜破裂（在表面或
3、裂纹面）b）电化学腐蚀（有钝化膜的金 属为阴极，新鲜金属为阳极）；c）应力集中，使阳极电极电位 降低，加大腐蚀；d）若应力集中始终存在，则微 电池反应不断进行，钝化膜不能恢 复。则裂纹逐步向纵深扩展。（该理论只能很好地解释沿晶断 裂的应力腐蚀）应力腐蚀应力腐蚀?应力腐蚀机理及断口特征应力腐蚀机理及断口特征7北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！2、断口特征 宏观：有亚稳扩展 区，最后瞬断区（与疲 劳裂纹相似）；断口呈 黑色或灰色。 微观：显微裂纹呈枯 树枝状；腐蚀坑；沿晶 断裂和穿晶断裂。应力腐蚀应力腐蚀?应力腐蚀机理及断口特征应力腐蚀机理及断
4、口特征8北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！用常规方法测定的SCCtf曲 线，得到的SCC不能客观地反映 材料的应力腐蚀抗力。 1、临界应力场强度因子KISCC 恒定载荷，特定介质，测KItf曲线。将不发生应力腐蚀断裂的最大应力场强度因子，称为应力腐蚀临界应力场强度因子。应力腐蚀应力腐蚀?力学性能指标力学性能指标9北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！2、裂纹扩展速度da/dt KIKISCC，裂纹扩展，速率da/dtda/dtKI曲线上的三个阶段（初始、稳定、失稳）由（图6-7，P152）可
5、以估 算机件的剩余寿命。应力腐蚀应力腐蚀?力学性能指标力学性能指标10北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！1、合理选材； 2、减少拉应力； 3、改善化学介质； 4、采用电化学保护，使金属远离电化学腐蚀区域。应力腐蚀应力腐蚀?防止应力腐蚀的措施防止应力腐蚀的措施11北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！?应力腐蚀应力腐蚀 ?氢脆氢脆讲座内容讲座内容12北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！氢脆氢脆由于氢和应力的共同作用，而导致金属材料产生脆性断裂
6、的现象，称为氢脆断裂（简称氢脆）一、氢在金属中存在的形式内含的（冶炼和加工中带入的氢）； 外来的（工作中，吸H）。间隙原子状固溶在金属中；分子状气泡中；化学物（氢化物）。13北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！二、氢脆类型及其特征 1、氢蚀（或称气蚀）高压气泡（H2，CH4）宏观断口：呈氧化色，颗粒状（沿晶）；微观断口：晶界明显加宽，沿晶断裂。 2、白点（发裂）氢的溶解度，形成气泡体积，将金属的局部胀裂。宏观：断面呈圆形或椭圆形，颜色为银白色。甚至有白线。氢脆氢脆14北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！北京科技大学机械工程学院版权所有
7、，请勿传播！3、氢化物形成氢化物（凝固、热加工时形成；或应力作用下，元素扩散而形成）。氢化物很硬、脆，与基体结合不牢。裂纹沿界面扩展。 4、氢导致延滞断裂由于氢的作用而产生的延滞断裂现象。原因：氢显著降低金属材料的断后伸长率。条件：一定温度范围；慢速加载（恒载）氢脆氢脆15北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！三、钢的氢致延滞断裂机理 三个阶段：孕育，亚稳扩展，失稳扩展。1）孕育期氢原子数量；扩散，偏聚。氢固溶，在位错线周围偏聚，形成气团；位错运动受 阻，产生应力集中，萌生裂纹。2）温度的影响ttH氢气团扩散，无氢脆。3）应力状况 应变速率高，不会出现氢脆。拉应力促进H溶解。高强钢的氢致延滞裂还具有可逆性。循环软化氢脆氢脆16北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！北京科技大学机械工程学院版权所有，请勿传播！四、氢致延滞断裂与应力腐蚀的关系“相互促进”；阳极溶解、金属开裂； 阴极吸氢，延滞断裂。 五、防止氢脆的措施1）材料降低含氢量，细化组织；2）环境减少吸氢的可能性；3）力学因素减小残余应力。氢脆氢脆
