金属的应力腐蚀和氢脆断裂材料力学性能资料ppt课件.ppt

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1、我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物1第六章第六章 金属的应力腐蚀和氢脆断裂金属的应力腐蚀和氢脆断裂 金属机件（或构件）在服役过程中经常要与周金属机件（或构件）在服役过程中经常要与周围环境中的各种介质相接触。围环境中的各种介质相接触。环境介质对金属材料环境介质对金属材料力学性能的影响，力学性能的影响，称为称为环境效应环境效应。 由于环境效应的作用，金属所承受的应力即使由于环境效应的作用，金属所承受的应力即使低于其屈服强度也会产生突然断裂的现象低于其屈服强度也会产生突然断裂的现象，即为，即为环环境

2、断裂境断裂。知识拓展知识拓展我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物2 在在静载荷作用下静载荷作用下的环境断裂有的环境断裂有应力腐蚀应力腐蚀和和氢脆氢脆断裂断裂等，因为它们是随时间延续而造成的断裂，故等，因为它们是随时间延续而造成的断裂，故又称为又称为延滞断裂或静载疲劳延滞断裂或静载疲劳。 在在交变载荷作用下交变载荷作用下的环境断裂主要是的环境断裂主要是腐蚀疲劳腐蚀疲劳。 金属机件在加工过程中往往产生残余应力，在金属机件在加工过程中往往产生残余应力，在服役过程中又承受外加载荷，如果与周围环境中各服役

3、过程中又承受外加载荷，如果与周围环境中各种化学介质或氢相接触，便会产生特殊的断裂现象，种化学介质或氢相接触，便会产生特殊的断裂现象，主要有应力腐蚀断裂和氢脆断裂等。这些主要有应力腐蚀断裂和氢脆断裂等。这些断裂形式断裂形式大多数为低应力脆断大多数为低应力脆断，具有很大的危险性。，具有很大的危险性。 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物36-1 6-1 应力腐蚀应力腐蚀 一、应力腐蚀现象及其产生条件一、应力腐蚀现象及其产生条件 1、应力腐蚀现象应力腐蚀现象 （1）定义）定义 金属在金属在拉应力拉应力

4、和和特定的介质共同作用特定的介质共同作用下，经下，经过过一段时间后一段时间后，所产生的，所产生的低应力脆断低应力脆断现象。称为现象。称为应力腐蚀断裂应力腐蚀断裂（Stress Corrosion Cracking, SCC）。）。 应力腐蚀断裂应力腐蚀断裂没有任何明显征兆没有任何明显征兆，会产生灾，会产生灾难性的后果。难性的后果。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物4 特点特点 拉应力，特定介质，时间，脆断。拉应力，特定介质，时间，脆断。 并不是两种破坏形式的叠加，而是按照特定并不是两种破坏形式

5、的叠加，而是按照特定机理，机理，比叠加起来的抗力还要低的多比叠加起来的抗力还要低的多。 无论是韧性材料还是脆性材料，均没有明显无论是韧性材料还是脆性材料，均没有明显的征兆就发生低应力脆性断裂的征兆就发生低应力脆性断裂，常常造成灾难性，常常造成灾难性事故。事故。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物5 常见的应力腐蚀断裂形式常见的应力腐蚀断裂形式（如表所示如表所示）：）： 低碳钢和低合金钢在苛性碱溶液中的低碳钢和低合金钢在苛性碱溶液中的“碱脆碱脆”和在含有硝酸根离子介质中的和在含有硝酸根离子介质中的

6、“硝脆硝脆”； 奥氏体不锈钢在含有氯离子介质中的奥氏体不锈钢在含有氯离子介质中的“氯氯脆脆”； 铜合金在氨气介质中的铜合金在氨气介质中的“氨脆氨脆”； 高强度铝合金在空气、蒸馏水介质中的脆裂高强度铝合金在空气、蒸馏水介质中的脆裂等。等。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物6 2 2、产生条件、产生条件 拉应力、特定化学介质和金属材料是产生应拉应力、特定化学介质和金属材料是产生应力腐蚀开裂的三个条件。力腐蚀开裂的三个条件。 拉应力拉应力：包括残余应力和工作应力包括残余应力和工作应力。焊接、。焊接、

7、热处理、装配等过程中产生的。产生应力腐蚀开热处理、装配等过程中产生的。产生应力腐蚀开裂的应力一般并不很大。如果没有特定腐蚀介质裂的应力一般并不很大。如果没有特定腐蚀介质的协同作用，机件在该应力作用下可以长期服役的协同作用，机件在该应力作用下可以长期服役而不断裂。而不断裂。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物7 化学介质化学介质：指：指特定化学介质特定化学介质。如果没有拉应。如果没有拉应力的共同作用，材料在这种介质中的腐蚀速度很慢。力的共同作用，材料在这种介质中的腐蚀速度很慢。也就是说，每种材料只

8、对某种介质敏感，这种介质也就是说，每种材料只对某种介质敏感，这种介质可能对其它材料没有明显的作用。可能对其它材料没有明显的作用。见表所示见表所示 金属材料金属材料：一般只有合金才产生应力腐蚀断一般只有合金才产生应力腐蚀断裂，纯金属不会产生裂，纯金属不会产生。在每一种合金系列中，都有在每一种合金系列中，都有对应力腐蚀不敏感的合金成分对应力腐蚀不敏感的合金成分。如：铝镁合金中当。如：铝镁合金中当含镁量超过含镁量超过4，对应力腐蚀很敏感，而镁含量小，对应力腐蚀很敏感，而镁含量小于于4时，无论热处理条件如何，它几乎都具有抗时，无论热处理条件如何，它几乎都具有抗腐蚀的能力。又如，钢中在含碳量在腐蚀的能力

9、。又如，钢中在含碳量在0.12左右时，左右时，应力腐蚀敏感性最大。应力腐蚀敏感性最大。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物8 二、应力腐蚀断裂机理和断口形貌特征二、应力腐蚀断裂机理和断口形貌特征 （一）应力腐蚀断裂机理（一）应力腐蚀断裂机理 机理有多种，目前还没有一种理论能够解释所机理有多种，目前还没有一种理论能够解释所有的应力腐蚀断裂现象，应力腐蚀断裂最基本的机有的应力腐蚀断裂现象，应力腐蚀断裂最基本的机理是滑移溶解理论（或称钝化膜破坏理论）和氢脆理是滑移溶解理论（或称钝化膜破坏理论）和氢脆理

10、论。理论。 在此仅介绍两种为多数人接受的应力腐蚀开裂在此仅介绍两种为多数人接受的应力腐蚀开裂理论。理论。 1、以阳极溶解为基础的钝化膜破坏理论以阳极溶解为基础的钝化膜破坏理论 如图所示。如图所示。 （该理论只能很好地解释沿晶断裂（该理论只能很好地解释沿晶断裂的应力腐蚀）的应力腐蚀）我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物9 2、晶界微电池溶解理论晶界微电池溶解理论 在在体护环钢的龟裂现象中发现：体护环钢的龟裂现象中发现：沉淀于晶界沉淀于晶界的碳化物的碳化物其实为类似珠光体的结构，该结构与介质其实为类

11、似珠光体的结构，该结构与介质形成微电池并迅速溶解形成微电池并迅速溶解，导致脆断。断裂过程分为，导致脆断。断裂过程分为亚稳扩展区和瞬时扩展区。亚稳扩展区和瞬时扩展区。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物10 ( (二二) )应力腐蚀断口特征应力腐蚀断口特征 1 1、宏观断口特征、宏观断口特征 与疲劳断口相似与疲劳断口相似； 不同之处不同之处是：是：在在裂纹源裂纹源及及亚稳扩展区亚稳扩展区可见到可见到腐蚀产物和氧化现象腐蚀产物和氧化现象，常呈现黑色或灰黑色具有，常呈现黑色或灰黑色具有脆性特征。脆性特

12、征。瞬时断裂区瞬时断裂区（失稳扩展区、最后断裂（失稳扩展区、最后断裂区）一般为快速撕裂破坏，显示材料的特性。区）一般为快速撕裂破坏，显示材料的特性。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物11 2 2、微观特征、微观特征 断口的微观形貌一般为断口的微观形貌一般为沿晶断裂沿晶断裂，也可能，也可能为为穿晶断裂穿晶断裂。 其表面可见到其表面可见到“泥状花样泥状花样”的的腐蚀产物腐蚀产物（见图（见图6-3a）及）及腐蚀坑腐蚀坑（见图（见图6-3b）。）。 应力腐蚀的应力腐蚀的显微裂纹有分叉现象，呈枯树显微裂

13、纹有分叉现象，呈枯树枝状，枝状，如图所示。表明应力腐蚀时，有一主裂纹如图所示。表明应力腐蚀时，有一主裂纹扩展较快，其它分枝扩展较慢，根据这一特征可扩展较快，其它分枝扩展较慢，根据这一特征可将其与腐蚀疲劳、晶间腐蚀等断裂区分开来。将其与腐蚀疲劳、晶间腐蚀等断裂区分开来。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物12 三、应力腐蚀抗力指标三、应力腐蚀抗力指标（断裂力学在应力腐断裂力学在应力腐蚀开裂中的应用蚀开裂中的应用） 通常采用光滑试样在拉应力和化学介质共同作通常采用光滑试样在拉应力和化学介质共同作用下

14、，依据发生断裂的持续时间来评定金属材料的用下，依据发生断裂的持续时间来评定金属材料的抗应力腐蚀性能（抗应力腐蚀性能（见图见图6-4）。）。 用常规方法测定的用常规方法测定的tf曲线，得到的曲线，得到的SCC不能不能客观地反映材料的应力腐蚀抗力。（无裂纹）客观地反映材料的应力腐蚀抗力。（无裂纹） 引入应力场强度因子的概念来研究金属材料抗引入应力场强度因子的概念来研究金属材料抗应力腐蚀性能，即应力腐蚀临界应力场强度因子应力腐蚀性能，即应力腐蚀临界应力场强度因子scc和应力腐蚀裂纹扩展速率和应力腐蚀裂纹扩展速率da/dt。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？

15、但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物13 1、临界应力场强度因子、临界应力场强度因子KISCC 试验表明：在恒定载荷和特定化学介质作用下，试验表明：在恒定载荷和特定化学介质作用下，带有预制裂纹的金属试样，产生应力腐蚀断裂的时带有预制裂纹的金属试样，产生应力腐蚀断裂的时间与初始应力场强度因子间与初始应力场强度因子KI I初初有关。如图所示有关。如图所示 将试样在特定化学介质中不发生应力腐蚀断将试样在特定化学介质中不发生应力腐蚀断裂的最大应力场强度因子称为裂的最大应力场强度因子称为应力腐蚀临界应力场应力腐蚀临界应力场强度因子强度因子（或称为（或称为应力腐蚀门槛值应力腐蚀门槛值

16、），以），以KISCC表表示。示。 对于大多数金属材料，在特定的化学介质中的对于大多数金属材料，在特定的化学介质中的scc值是一定的。值是一定的。 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物14 测定金属材料的测定金属材料的KISCC值可用恒载荷法或恒位值可用恒载荷法或恒位移法。以恒载荷法的悬臂梁弯曲试验法最常用，所移法。以恒载荷法的悬臂梁弯曲试验法最常用，所用试样与测定的用试样与测定的KIC的三点弯曲试样相同，装置见的三点弯曲试样相同，装置见图图6-6。 裂纹尖端的裂纹尖端的可用公式（可用公式（6-

17、2）计算。）计算。 （6-2） 通过做出通过做出初初 lgtf的关系图线，便可从曲线的关系图线，便可从曲线的水平部分所对应的的水平部分所对应的初初值即为材料的值即为材料的scc。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物15 2、应力腐蚀裂纹扩展速率、应力腐蚀裂纹扩展速率da/dt 当应力腐蚀裂纹尖端的当应力腐蚀裂纹尖端的KI IKISCCISCC时，裂纹就会时，裂纹就会不断扩展。不断扩展。 单位时间内裂纹的扩展量称为单位时间内裂纹的扩展量称为应力腐蚀裂纹应力腐蚀裂纹扩展速率扩展速率，da/dt。 关

18、系曲线分三个阶段（关系曲线分三个阶段（、或或初始、稳定、失稳），如图初始、稳定、失稳），如图6-7所示。所示。 第第阶阶段段时间时间越越长长材料抵抗材料抵抗应力腐蚀性能越应力腐蚀性能越好。由图好。由图6-7中第中第阶阶段的段的da/dtKI I两个数值的关两个数值的关系，系，可以估算机件的剩余寿命。可以估算机件的剩余寿命。Kdtdalg我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物16 四、防止应力腐蚀的措施四、防止应力腐蚀的措施 从导致应力腐蚀的三要素（三个条件）下手。从导致应力腐蚀的三要素（三个条件）

19、下手。 1 1、合理选择金属材料、合理选择金属材料 根据机件所承受的应力和接触的化学介质，选根据机件所承受的应力和接触的化学介质，选用耐应力腐蚀的金属材料（避开灵敏材料）。即选用耐应力腐蚀的金属材料（避开灵敏材料）。即选用用Kscc较高的合金。较高的合金。 如如铜对氨对的应力腐蚀敏感性高，选用材料铜对氨对的应力腐蚀敏感性高，选用材料时避免使用铜合金。时避免使用铜合金。在高浓度氯化物介质中，采在高浓度氯化物介质中，采用不含镍、铜或仅含微量镍、铜的低碳高铬铁素体用不含镍、铜或仅含微量镍、铜的低碳高铬铁素体不锈钢，或含硅较高的铬镍不锈钢，也可选用镍基不锈钢，或含硅较高的铬镍不锈钢，也可选用镍基和铁镍

20、基耐蚀合金。和铁镍基耐蚀合金。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物17 2、减少或消除机件中的残余应力减少或消除机件中的残余应力 降低设计应力、消除或降低残余拉应力、采用降低设计应力、消除或降低残余拉应力、采用表面处理的方法（喷丸、表面热处理等方法）使表表面处理的方法（喷丸、表面热处理等方法）使表面产生残余压应力。面产生残余压应力。 3、改变介质条件改变介质条件 一是一是通过通过减少或消除应力腐蚀开裂的有害离子减少或消除应力腐蚀开裂的有害离子是一种较为有效的方法。如通过水净化处理，降低是一种较为

21、有效的方法。如通过水净化处理，降低冷却水与蒸汽中的氯离子含量，对降低奥氏体不锈冷却水与蒸汽中的氯离子含量，对降低奥氏体不锈钢的氯脆十分有效。钢的氯脆十分有效。二是在化学介质中添加缓蚀剂二是在化学介质中添加缓蚀剂。如在高温水中加入如在高温水中加入300ppm磷酸盐，可使铬镍奥氏体磷酸盐，可使铬镍奥氏体不锈钢抗应力腐蚀性能大为提高。不锈钢抗应力腐蚀性能大为提高。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物18 4、采用电化学保护采用电化学保护使金属远离电化学腐蚀使金属远离电化学腐蚀敏感电位区域敏感电位区域

22、因为金属在化学介质中只有在一定的电极电因为金属在化学介质中只有在一定的电极电位范围内才会产生应力腐蚀现象，因此位范围内才会产生应力腐蚀现象，因此采用外加采用外加电位的方法电位的方法，使金属在化学介质中的电位远离应，使金属在化学介质中的电位远离应力腐蚀敏感电位区域，也是一种防止措施。力腐蚀敏感电位区域，也是一种防止措施。一般一般采用采用阴极保护法阴极保护法。此方法不适用于高强度钢和其。此方法不适用于高强度钢和其它氢脆敏感材料。它氢脆敏感材料。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物196-2 6-2

23、氢氢 脆脆 一、氢在金属中的存在形式一、氢在金属中的存在形式 氢脆断裂（氢脆）：氢脆断裂（氢脆）：由于氢和应力的共同作由于氢和应力的共同作用而导致金属材料产生脆性断裂的现象用而导致金属材料产生脆性断裂的现象。 1、氢的来源、氢的来源 可分为可分为内含的内含的和和外来的外来的两种。前者是指金属两种。前者是指金属在熔炼过程中及随后的加工制造过程（如焊接、在熔炼过程中及随后的加工制造过程（如焊接、酸洗、电镀等）中吸收的氢；后者是金属机件在酸洗、电镀等）中吸收的氢；后者是金属机件在服役时环境介质中含有的氢。服役时环境介质中含有的氢。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世

24、界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物202 2、氢在金属中的存在形式、氢在金属中的存在形式 以间隙原子状态固溶在金属中以间隙原子状态固溶在金属中，对大多数，对大多数工业合金，氢的溶解度随温度的降低而降低。工业合金，氢的溶解度随温度的降低而降低。 氢在金属中可通过扩散聚集在较大缺陷氢在金属中可通过扩散聚集在较大缺陷（如空洞、气泡、裂纹）处，（如空洞、气泡、裂纹）处，以氢分子状态存在以氢分子状态存在。 还可能与一些过渡族、稀土或碱土金属元还可能与一些过渡族、稀土或碱土金属元素作用生成素作用生成氢化物氢化物。 与金属中的第二相作用与金属中的第二相作用生成气体产物生成气体

25、产物，如，如钢中的氢可以和渗碳体中的碳原子作用形成甲烷钢中的氢可以和渗碳体中的碳原子作用形成甲烷等。等。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物21 二、氢脆类型及其特征二、氢脆类型及其特征 由于氢在金属中存在的状态不同以及氢与金由于氢在金属中存在的状态不同以及氢与金属交互作用性质的不同，氢可通过不同的机件使属交互作用性质的不同，氢可通过不同的机件使金属脆化，因而氢脆的种类很多。常见的几种氢金属脆化，因而氢脆的种类很多。常见的几种氢脆及其特征：脆及其特征： 1 1、氢蚀氢蚀（或称气蚀）（或称气蚀）

26、是由于氢与金属中的第二相作用生成高压气体，是由于氢与金属中的第二相作用生成高压气体，使基体金属使基体金属晶界结合力减弱晶界结合力减弱而导致金属脆化。这而导致金属脆化。这种氢脆现象的断裂源产生在与高温、高压氢气相种氢脆现象的断裂源产生在与高温、高压氢气相接触的部位。碳钢在低于接触的部位。碳钢在低于220时，不产生氢脆。时，不产生氢脆。 宏观断口形貌宏观断口形貌：呈氧化色，颗粒状（沿晶）。：呈氧化色，颗粒状（沿晶）。微观断口微观断口上晶界明显加宽，呈沿晶断裂。上晶界明显加宽，呈沿晶断裂。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有

27、错：表里边有一个活的生物22 2 2、白点白点（发裂、发纹）（发裂、发纹） 氢的溶解度氢的溶解度，形成气泡体积，形成气泡体积，如果过饱和的，如果过饱和的氢未能扩散逸出，便聚集在某些缺陷处而形成氢分氢未能扩散逸出，便聚集在某些缺陷处而形成氢分子。内压力很大足以将金属局部撕裂，而形成微裂子。内压力很大足以将金属局部撕裂，而形成微裂纹。纹。 宏观特征宏观特征：断面呈圆形或椭圆形，颜色为银白：断面呈圆形或椭圆形，颜色为银白色，故称白点。甚至有白线。色，故称白点。甚至有白线。如图所示如图所示 消除消除：一般出现在大锻件中。采用精炼除气、：一般出现在大锻件中。采用精炼除气、锻后缓冷或等稳退火以及在钢中加入

28、稀土或其它微锻后缓冷或等稳退火以及在钢中加入稀土或其它微量元素等方法，使白点减弱或消除。量元素等方法，使白点减弱或消除。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物23 3、氢化物致脆氢化物致脆 形成原因形成原因：对于：对于IVB族或族或VB族金属（如钛、族金属（如钛、-钛合金、钛合金、 Ni、V、Zr、Nd及其合金），由于与及其合金），由于与H有较大的亲和力，容易生成脆性氢化物，使金属脆有较大的亲和力，容易生成脆性氢化物，使金属脆化。化。 形成机理形成机理：因凝固、热加工时形成；或应力：因凝固、热加工

29、时形成；或应力作用下，元素扩散而形成氢化物。作用下，元素扩散而形成氢化物。 氢化物硬而脆且与基体结合不牢，裂纹易于氢化物硬而脆且与基体结合不牢，裂纹易于沿界面扩展。沿界面扩展。 氢化物的形状氢化物的形状、分布分布及及基体晶粒大小基体晶粒大小对对氢化物氢化物致脆有明显影响。致脆有明显影响。 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物24 4 4、氢致延滞断裂氢致延滞断裂 高强度钢或高强度钢或钛合金中，含有适量的处于固钛合金中，含有适量的处于固溶状态的氢（原来存在的或从环境介质中吸收溶状态的氢（原来存在的

30、或从环境介质中吸收的），的），在低于屈服强度的应力持续作用下在低于屈服强度的应力持续作用下，经过，经过一段孕育期后，在金属内部，特别是在三向拉应一段孕育期后，在金属内部，特别是在三向拉应力区形成裂纹，裂纹逐步扩展，最后突然发生脆力区形成裂纹，裂纹逐步扩展，最后突然发生脆性断裂。性断裂。 定义定义：这种：这种由于氢的作用而产生的延滞断裂由于氢的作用而产生的延滞断裂现象称为现象称为氢致延滞断裂氢致延滞断裂。工程上所说的氢脆多为。工程上所说的氢脆多为此类氢脆。此类氢脆。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的

31、生物25 特点特点： 只在一定温度范围内出现只在一定温度范围内出现，如高强度钢多出，如高强度钢多出现在现在-100150之间，在室温下最敏感。之间，在室温下最敏感。 提高应变速率，材料对氢脆的敏感性降低，提高应变速率，材料对氢脆的敏感性降低，因此，因此，只有在慢速加载只有在慢速加载（恒载）试验中才能显示这（恒载）试验中才能显示这类脆性。类脆性。 可可显著降低显著降低金属材料的金属材料的断后伸长率断后伸长率，但含氢，但含氢量超过一定数值后，断后伸长率不再变化。量超过一定数值后，断后伸长率不再变化。 高强度钢的氢致延滞断裂还高强度钢的氢致延滞断裂还具有可逆性具有可逆性。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和

32、恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物26 断口断口：宏观断口宏观断口与一般脆性断口相似。与一般脆性断口相似。 其其微观形貌微观形貌大多为沿原奥氏体晶界的沿晶断裂，大多为沿原奥氏体晶界的沿晶断裂，且晶界上常有许多撕裂棱。且晶界上常有许多撕裂棱。 原因原因：除力学因素外，可能更主要的是与杂质：除力学因素外，可能更主要的是与杂质偏聚的晶界吸附了较多的氢，使晶界强度削弱有关。偏聚的晶界吸附了较多的氢，使晶界强度削弱有关。 影响因素影响因素 温度温度：ttH 氢气团扩散，无氢脆。氢气团扩散，无氢脆。 应力状况应力状况：应变速率高，不

33、会出现氢脆。拉应力：应变速率高，不会出现氢脆。拉应力促进促进H溶解。溶解。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物27 三、钢的氢致延滞断裂机理三、钢的氢致延滞断裂机理 钢的表面单纯吸附氢原子是不会产生氢脆的，氢钢的表面单纯吸附氢原子是不会产生氢脆的，氢必须进行必须进行-Fe晶格中并偏聚到一定浓度后才能形成裂晶格中并偏聚到一定浓度后才能形成裂纹。纹。 因此，由环境介质中的氢引起氢致延滞断裂的因此，由环境介质中的氢引起氢致延滞断裂的孕孕育阶段育阶段必须经过必须经过需要时间需要时间的的三个步骤三个步骤：

34、 氢原子进入钢中氢原子进入钢中、氢在钢中的迁移氢在钢中的迁移和和氢的偏聚氢的偏聚。 氢原子数量氢原子数量，氢固溶，氢固溶扩散，在位错线周围偏扩散，在位错线周围偏聚，形成气团聚，形成气团位错运动受阻，产生应力集中，萌生位错运动受阻，产生应力集中，萌生裂纹。裂纹。详见图所示详见图所示我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物28 四、氢致延滞断裂与应力腐蚀的关系四、氢致延滞断裂与应力腐蚀的关系 1、机理区别机理区别：应力腐蚀为阳极溶解过程应力腐蚀为阳极溶解过程（图（图a），形成所谓的阳极活性通道而使金属开

35、开裂；），形成所谓的阳极活性通道而使金属开开裂；而而氢致延滞断裂是阴极吸氢过程氢致延滞断裂是阴极吸氢过程（图（图b） 。 2 、断口形貌的区别断口形貌的区别：见表：见表6-2。 3 、判断判断：一般采用：一般采用极化试验方法极化试验方法来判断具体来判断具体合金合金-化学介质系统的断裂究竟属于哪种断裂类型：化学介质系统的断裂究竟属于哪种断裂类型： 当外加当外加小的阳极电流小的阳极电流而缩短产生裂纹时间的而缩短产生裂纹时间的是应力腐蚀（图是应力腐蚀（图c），当外加），当外加小的阴极电流小的阴极电流而缩短而缩短产生裂纹时间的是氢致延滞断裂（图产生裂纹时间的是氢致延滞断裂（图d）。）。我吓了一跳，蝎子

36、是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物29 五、防止氢脆的措施五、防止氢脆的措施 1、环境因素、环境因素 减少吸氢的可能性。如采用表面涂层，使机件减少吸氢的可能性。如采用表面涂层，使机件表面与环境介质中的氢隔离。表面与环境介质中的氢隔离。 2、力学因素、力学因素 减小残余拉应力，采用表面处理使表面获得残减小残余拉应力，采用表面处理使表面获得残余压应力层，对防止氢致延滞断裂有良好的作用。余压应力层，对防止氢致延滞断裂有良好的作用。 3、材质因素、材质因素 含碳量较低且硫、磷含量较少的钢，氢脆敏感含碳量较低且硫、磷含

37、量较少的钢，氢脆敏感性较低；钢的强度越高，对氢脆越敏感；降低含氢性较低；钢的强度越高，对氢脆越敏感；降低含氢量；细化组织。量；细化组织。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物30作业作业P137 1；2；3；7。思考题思考题：P138 8我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物31 即当你用不到即当你用不到5 5秒钟的时间来读这块牌子时，秒钟的时间来读这块牌子时，将近将近1 1吨的铁变为废物吨的铁变为废

38、物。据统计，每年由于腐蚀。据统计，每年由于腐蚀造成的金属损失在造成的金属损失在1亿吨以上，占世界金属总产亿吨以上，占世界金属总产量的量的2040。 1937年由壳牌公司（年由壳牌公司（The Company）在布鲁）在布鲁塞尔举办的一次腐蚀展览会上，有如下的一块展牌：塞尔举办的一次腐蚀展览会上，有如下的一块展牌：我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物32 金属与环境介质之间的化学或电化学作用，而金属与环境介质之间的化学或电化学作用，而引起变质和破坏，这个过程称为引起变质和破坏，这个过程称为金属的腐

39、蚀金属的腐蚀，其中，其中包括上述因素与机械或生物等因素的共同作用。在包括上述因素与机械或生物等因素的共同作用。在大多数情况下，腐蚀是具有破坏性的，它不仅使金大多数情况下，腐蚀是具有破坏性的，它不仅使金属材料遭到破坏，有时甚至危及生命。属材料遭到破坏，有时甚至危及生命。 在经济上，腐蚀造成的损失是巨大的。在经济上，腐蚀造成的损失是巨大的。间接损间接损失无法估算，且数目很大失无法估算，且数目很大。间接损失来源于装置的。间接损失来源于装置的损坏、爆炸和停产、产品的损失及环境的污染，甚损坏、爆炸和停产、产品的损失及环境的污染，甚至生命安全。至生命安全。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它

40、放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物33 金属的腐蚀现象是非常复杂的，腐蚀的种类很金属的腐蚀现象是非常复杂的，腐蚀的种类很多。多。根据金属腐蚀的特征不同，可以把腐蚀分为全根据金属腐蚀的特征不同，可以把腐蚀分为全面腐蚀和局部腐蚀面腐蚀和局部腐蚀。全面腐蚀也称为均匀腐蚀，局。全面腐蚀也称为均匀腐蚀，局部腐蚀则包括穴状腐蚀、点腐蚀、晶间腐蚀、穿晶部腐蚀则包括穴状腐蚀、点腐蚀、晶间腐蚀、穿晶腐蚀和表面下腐蚀。腐蚀和表面下腐蚀。如图所示如图所示 工程上最常见的金属腐蚀有以下几种工程上最常见的金属腐蚀有以下几种：均匀腐：均匀腐蚀、电偶腐蚀、缝隙腐蚀、点腐蚀

41、、蚀、电偶腐蚀、缝隙腐蚀、点腐蚀、晶间腐蚀晶间腐蚀、选、选择性腐蚀、磨损腐蚀（包括气蚀或称为空泡腐蚀和择性腐蚀、磨损腐蚀（包括气蚀或称为空泡腐蚀和微动磨损微动磨损）、）、应力腐蚀应力腐蚀（scc)、腐蚀疲劳腐蚀疲劳（CF）和和氢脆氢脆（HE）。）。如图所示如图所示我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物34 全面（均匀）腐蚀全面（均匀）腐蚀较均匀地发生在全部表面，较均匀地发生在全部表面，局部腐蚀局部腐蚀只发生在局部。例如孔蚀，缝隙腐蚀，晶只发生在局部。例如孔蚀，缝隙腐蚀，晶间腐蚀，应力腐蚀破裂，腐蚀

42、疲劳，氢腐蚀破裂，间腐蚀，应力腐蚀破裂，腐蚀疲劳，氢腐蚀破裂，选择腐蚀，磨损腐蚀，脱层腐蚀等（如下图所示）。选择腐蚀，磨损腐蚀，脱层腐蚀等（如下图所示）。 一般局部腐蚀比全面腐蚀的危害严重得多，有一一般局部腐蚀比全面腐蚀的危害严重得多，有一些局部腐蚀往往是突发性和灾难性的。些局部腐蚀往往是突发性和灾难性的。 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物35我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物36我吓了一跳

43、，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物37我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物38我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物39我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物40我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它

44、放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物41我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物42我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物43我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物44我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到

45、愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物45我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物46我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物47我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物48 由于氢使晶格膨胀，所以拉应力将促由于氢使晶格膨胀，所以拉应力将促进氢的溶解。进氢的溶解。 在外加应力作用下，金属中已形成裂在外加

46、应力作用下，金属中已形成裂纹的尖端是三向拉应力区，因而氢原子易纹的尖端是三向拉应力区，因而氢原子易于通过位错运动向裂纹尖端区域聚集。于通过位错运动向裂纹尖端区域聚集。 氢原子一般偏聚在裂纹尖端塑性区与弹氢原子一般偏聚在裂纹尖端塑性区与弹性区的界面上，当偏聚浓度再次达到临界性区的界面上，当偏聚浓度再次达到临界值时，便使这个区域明显脆化而形成新裂值时，便使这个区域明显脆化而形成新裂纹。纹。 新裂纹与原裂纹的尖端相汇合，裂纹便新裂纹与原裂纹的尖端相汇合，裂纹便扩展一段距离，随后又停止，见右图扩展一段距离，随后又停止，见右图(a)。 以后是再孕育、再扩展，最后，当裂纹以后是再孕育、再扩展，最后，当裂纹经亚稳扩展达到临界尺寸时便失稳扩展而经亚稳扩展达到临界尺寸时便失稳扩展而断裂。因此，氢致延滞断裂的扩展方式是断裂。因此，氢致延滞断裂的扩展方式是步进式，这是与应力腐蚀裂纹渐进式扩展步进式，这是与应力腐蚀裂纹渐进式扩展方式不同的。方式不同的。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物49我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物50