材料失效分析(第六章-腐蚀环境).pptVIP

* 第六章 腐蚀失效分析 （环境断裂失效） §1 应力腐蚀断裂 §2 氢脆断裂 §3 蠕变断裂 §4 其它的环境断裂 概 述 环境断裂：主要指金属材料在腐蚀介质、温度环境等条件 的影响下，产生的沿晶或穿晶的低应力脆断现象 常见的环境断裂：SCC、氢脆、蠕变断裂 液态或固态金属脆、中子脆 过热、过烧断裂 静载延迟断裂：材料在特定的外界条件下，虽然所受的应力 低于材料的屈服强度，但服役一段时间，也 可以发生突然的低应力脆断，这类与时间有 关的低应力脆断现象。 §1、应力腐蚀断裂 一、引言 1、定义 由拉应力和腐蚀介质联合作用而引起的低应力脆断。 2、共同特征 ◆只有在拉应力作用下才能引起SCC。这种拉应力可能是残 余拉应力或工作应力。一般情况下，产生SCC时拉应力都 很低，若没有腐蚀介质的联合作用是不会产生断裂的。 ◆要有一定的腐蚀介质。其腐蚀介质的浓度都很低，并且腐 蚀介质一般都是特定的（选择性）。 ◆一般只有合金才产生SCC，纯金属不会产生SCC。 应力腐蚀发生的条件及涉及的学科 3、断裂过程 裂纹形成：占全部时间的90% 裂纹扩展：占全部时间的10% 引起表面膜局部破裂的因素： ◆环境因素：可能存在破坏钝化膜的活性离子，如Cl-、 Br-等 ◆冶金因素：金属表面的缺陷，如夹杂物、位错露头等 ◆力学因素：在应力作用下产生的突出表面的滑移台阶 ◆机械破损 二、SCC机理 1、保护膜破裂机理 　认为产生SCC是电化学反应起控制作用 形成保护膜→保护膜破裂→阳极溶解→重新形成保护膜→重新破坏→新的阳极溶解 2、应力吸附机理（氢致脆化机理） 认为[H]吸附于裂纹尖端，使金属晶体原子键的亲 和力减弱，即表面能降低。 从Griffith缺口强度理论可知： σc∝γ1/2 ∵ γ↓ ∴ σc↓ 从而脆化金属，使材料产生早期断裂 三、SCC断口形貌特征 1、宏观形貌特征 ●呈现脆性特征，有时带有少量塑性撕裂痕迹 ●裂源是多源的，由于介质的腐蚀作用，裂纹形成区或亚 稳扩展区呈暗色或灰黑色 ●最终断裂区具有金属光泽，常有放射状花样或人字纹 2、微观形貌 典型断口：沿晶断口，晶面有撕裂脊；有时也可观察到 韧窝、腐蚀坑、二次裂纹，也可能有穿晶断 裂，断口有河流、扇形、泥状、块状花样等 沿晶断口 穿晶断口 泥纹状断口：在平坦面上分布直线状裂纹（如河底干沽状） 四、SCC的影响因素与预防措施 1、影响因素 ◆应力：拉应力 ◆环境介质：材料对介质具有选择性 ◆成分：高强钢中的碳含量、铝镁合金中Mg含量 ◆热处理工艺：T6、T76、T77(RRA) 2、预防措施 ◆降低应力 ◆表面处理（喷丸、渗碳、氮化），使表面产生一定的压应力 ◆改变腐蚀介质 ◆选材 ◆电化学保护 §2 氢脆断裂 一、引言 1、定义: 金属材料由于受到含氢气氛的作用而引起的低应力脆断 2、类型 内部氢脆：材料在熔炼、焊接、高温锻造、轧制和热处理等 过程中吸收了过量的氢气而造成的 环境氢脆：在应力和含氢介质的联合作用下引起的一种低应 力脆断。如贮氢压力容器、酸洗、电镀材料发生 的断裂 两者区别：氢的来源不同，而脆化本质是否相同目前尚未 定论。 二、氢脆断口特征 1、内部氢脆 宏观特征：白点：是大型锻件和热轧钢坯中常见的缺陷 它是钢中氢与组织转变应力、热应力共同作用下产 生的细长裂纹，尺寸一般为几毫米到几十毫米。 白点形貌 鱼眼型白点 鱼眼的微观形貌 发裂白点（不可逆白点）： 断口上呈现白点，呈银白色，轮廓分明，表面光亮 形状为圆形