第八章材料在环境介质中的力学性能-材料的宏微观力学性能课件.ppt

1、本章内容本章内容8.1 引言引言8.2 应力腐蚀断裂应力腐蚀断裂8.3 氢脆氢脆8.4 腐蚀疲劳腐蚀疲劳8.5 材料在环境介质作用下力学性能的研究方法材料在环境介质作用下力学性能的研究方法 工程实例：工程实例：引言引言环境介质与外环境介质与外力的共同作用力的共同作用1.环境介质环境介质a.构件总是在一定的环境介质下服役构件总是在一定的环境介质下服役b.环境介质：固体、气体、液体环境介质：固体、气体、液体c.环境介质的作用分类环境介质的作用分类化学介质：化学介质：海水，酸，潮湿空气海水，酸，潮湿空气辐射环境辐射环境：电磁腐蚀电磁腐蚀热环境：热环境：高温高温引言引言2.环境敏感断裂环境敏感断裂应力

2、与化学环境介质协同作用引起材料力学性能下降、甚应力与化学环境介质协同作用引起材料力学性能下降、甚至出现提早断裂的现象至出现提早断裂的现象 3.研究的重要性研究的重要性近代工业对材料力学性能的要求越来越高，而环境介质却近代工业对材料力学性能的要求越来越高，而环境介质却越来越苛刻，往往潜存着环境敏感断裂的威胁越来越苛刻，往往潜存着环境敏感断裂的威胁 材料在环境介质作用下的力学性能是一个广泛涉及各个工材料在环境介质作用下的力学性能是一个广泛涉及各个工业部门的重要实际问题，日益受到工程设计人员及材料科业部门的重要实际问题，日益受到工程设计人员及材料科学工作者的重视学工作者的重视 引言引言静应力交变应力

3、摩擦力振动力零件的受力状态环境介质腐蚀疲劳磨损腐蚀微动腐蚀环境敏感断裂分类环境敏感断裂分类：本章研究内容引言引言环境介质应力腐蚀氢脆应力腐蚀断裂定义、产生条件和断裂特征应力腐蚀断裂定义、产生条件和断裂特征 应力腐蚀抗力指标应力腐蚀抗力指标应力腐蚀断裂机理应力腐蚀断裂机理 防止应力腐蚀的措施防止应力腐蚀的措施 8.2 应力腐蚀断裂应力腐蚀断裂1.应力腐蚀应力腐蚀(Stress Corrosion Cracking，SCC)材料在特定腐蚀介质和静应力共同作用下发生的材料在特定腐蚀介质和静应力共同作用下发生的脆性断裂脆性断裂 应力腐蚀应力腐蚀 要点：要点：静应力很小，介质腐蚀性不一定强静应力很小，介

4、质腐蚀性不一定强应力腐蚀定义、产生条件和断裂特征应力腐蚀定义、产生条件和断裂特征2.应力腐蚀产生条件应力腐蚀产生条件敏感材料：敏感材料：特定介质：特定介质：应力：应力：合金比纯金属更容易发生应力腐蚀断裂合金比纯金属更容易发生应力腐蚀断裂 对于某种材料，只有在特定的介质中，才对于某种材料，只有在特定的介质中，才能产生应力腐蚀能产生应力腐蚀 工作应力或者残余应力，应力多为拉应力，工作应力或者残余应力，应力多为拉应力，也有压应力也有压应力如纯铁在热硝酸盐中不发生腐蚀，含碳量如纯铁在热硝酸盐中不发生腐蚀，含碳量达达0.04发生腐蚀发生腐蚀应力腐蚀定义、产生条件和断裂特征应力腐蚀定义、产生条件和断裂特征

5、常用金属发生应力腐蚀的敏感介质常用金属发生应力腐蚀的敏感介质合金腐蚀介质低碳钢 热硝酸盐溶液、碳酸盐溶液、过氧化氢 碳钢和低合金钢 氢氧化钠、三氯化铁溶液、氢氰酸、海水、沸腾氯化镁(w(MgCl2)=42%)溶液、高强度钢 蒸馏水、潮湿大气、氯化物溶液、硫化氢 奥氏体不锈钢 氯化物溶液、高温高压含氧高纯水、海水、F-、Br-、NaOH-H2S水溶液、NaCl-H2SO2水溶液 铜合金 氨蒸汽、汞盐溶液、含SO2大气、氨溶液、三氯化铁、硝酸溶液镍合金 氢氧化钠溶液、高纯水蒸气 铝合金 氯化钠水溶液、海水、水蒸气、含SO2 大气、熔融氯化钠、含Br-、I-水溶液 镁合金 硝酸、氢氧化钠、氰氟酸溶液

6、、蒸馏水、NaOH-H2O2溶液、NaCl-K2CrO4溶液、海洋大气、SO2-CO2湿空气 钛合金 含Cl-、Br-、I-水溶液、N2O4、甲醇、三氯乙烯、有机酸 3.应力腐蚀断裂特征应力腐蚀断裂特征宏观上：宏观上：脆性断裂、脆性断裂、无颈缩、无杯锥状现象无颈缩、无杯锥状现象断口表面呈黑色或灰黑色断口表面呈黑色或灰黑色常有分叉现象，呈枯树枝状常有分叉现象，呈枯树枝状 微观上：微观上：可见到泥状花样的腐蚀产物可见到泥状花样的腐蚀产物 应力腐蚀定义、产生条件和断裂特征应力腐蚀定义、产生条件和断裂特征沿晶断裂型沿晶断裂型腐蚀介质应力腐蚀抗力指标应力腐蚀抗力指标1.门槛应力门槛应力SCC试样拉应力将

7、无裂纹拉伸试样放入腐蚀介将无裂纹拉伸试样放入腐蚀介质中，加恒应力质中，加恒应力经过一定的孕育期后就会产生经过一定的孕育期后就会产生应力腐蚀开裂，直至断裂应力腐蚀开裂，直至断裂特点：特点：外加应力的下降，断裂时间增长外加应力的下降，断裂时间增长外加应力小于某一临界值时，试外加应力小于某一临界值时，试样在规定的时间内并不发生应力样在规定的时间内并不发生应力腐蚀断裂腐蚀断裂定义：定义：能产生应力腐蚀断裂的最小应力能产生应力腐蚀断裂的最小应力裂纹大多数金属材料，在特定的化学介质中大多数金属材料，在特定的化学介质中 值是一定的。可值是一定的。可作为金属材料的力学性能指标。作为金属材料的力学性能指标。SC

8、CK应力腐蚀抗力指标应力腐蚀抗力指标断裂时间是随着应力强度因子断裂时间是随着应力强度因子 的降低而增加的降低而增加1 K应力强度因子为应力强度因子为1 K1ft2K应力强度因子为应力强度因子为2ft2K1ft2ft可见：可见：2.应力腐蚀临界强度因子应力腐蚀临界强度因子SCCK应力腐蚀临界应力强度因子：当应力小于某一临界值时，应力腐蚀临界应力强度因子：当应力小于某一临界值时，在规定的时间内不发生应力腐蚀断裂，在规定的时间内不发生应力腐蚀断裂，能产生应力腐蚀能产生应力腐蚀断裂的最小应力强度因子断裂的最小应力强度因子定义为定义为SCCK曲线出现水平线段，曲线出现水平线段，与与 几乎无关。此时裂纹尖

9、端发生几乎无关。此时裂纹尖端发生分叉现象，裂纹扩展主要受电分叉现象，裂纹扩展主要受电化学过程控制化学过程控制 dtda/IK当当 刚超过刚超过 时，裂纹快速扩时，裂纹快速扩展，展，曲线几乎与纵坐标轴平行曲线几乎与纵坐标轴平行 IKSCCK应力腐蚀抗力指标应力腐蚀抗力指标3.裂纹扩展速率裂纹扩展速率dtda/裂纹长度已接近临界尺寸裂纹长度已接近临界尺寸,随随 增大而急剧增大增大而急剧增大,当当 到达到达 时便失稳扩展而断裂时便失稳扩展而断裂 dtda/IKIKCK应力腐蚀抗力指标应力腐蚀抗力指标若已知第二阶段的若已知第二阶段的dtda/以及第二阶段结束时的以及第二阶段结束时的IK便可估算材料的剩

10、余寿命便可估算材料的剩余寿命dtda/lgIKdtdaaatCf/0其中其中Ca可由可由 求出求出IK1.阳极快速溶解机理阳极快速溶解机理该理论认为裂纹一旦形成，裂纹尖端的应力集中将导致裂纹尖端前沿区发生迅速屈服，晶体内位错沿着滑移面连续到达裂纹尖端前沿表面，产生大量瞬间活性溶解质点，导致裂纹尖端(阳极)快速溶解 mnFvia/裂纹尖端溶解速度与裂纹扩展速度的关系试验验证举例不锈钢在沸腾的氯化镁溶液中，无应力时，电流为10-5 A/mm2，有应力作用时为0.42A/mm2，相当于裂纹尖端扩展速度为0.55mm/h 应力腐蚀机理应力腐蚀机理2.闭塞电池理论闭塞电池理论 c.闭塞区内进行自催化的腐

11、蚀，在拉应力作用下使裂纹闭塞区内进行自催化的腐蚀，在拉应力作用下使裂纹扩展，直至断裂扩展，直至断裂应力腐蚀机理应力腐蚀机理a.在应力和腐蚀介质的共同作用下，金属表面的缺在应力和腐蚀介质的共同作用下，金属表面的缺陷处形成微蚀孔或裂纹源陷处形成微蚀孔或裂纹源b.微蚀孔和裂纹源的通道非常窄小，孔隙内外溶液不容微蚀孔和裂纹源的通道非常窄小，孔隙内外溶液不容易对流和扩散，形成所谓闭塞区易对流和扩散，形成所谓闭塞区3.钝化膜理论钝化膜理论 这种理论认为，金属表面有钝化膜覆盖，并不直接与介质接触。在应力或活性离子的作用下易引起钝化膜破裂，露出活性的金属表面。介质沿着某一择优途径浸入并溶解活性金属，最终导致应

12、力腐蚀断裂断裂过程：断裂过程：完整的膜形成，由于应力小，氧化膜较完整、塑性好应力腐蚀机理应力腐蚀机理氧化膜外加应力增大时，膜仍然保持完整，但造成位错在滑移面塞积当外力达到一定程度时，位错开动后膜破裂，当滑移台阶高度远大于膜厚时，容易暴露出新鲜的基体金属基体金属与介质发生验机快速溶解，形成隧洞隧洞应力腐蚀机理应力腐蚀机理隧洞表面又形成表面钝化膜，造成位错重新塞积在应力和介质的作用下，位错再次开动表面膜破裂，又开始无膜区，暴露金属又产生快速溶解如此重复上述步骤，最终导致穿晶断裂应力腐蚀机理应力腐蚀机理隧洞隧洞长大长大1.合理选材合理选材应力腐蚀的产生条件和影响因素决定了应力腐蚀的控制应力腐蚀的产生

13、条件和影响因素决定了应力腐蚀的控制方法方法尽量避免金属或合金在容易发生应力腐蚀的环境介质中使用尽量避免金属或合金在容易发生应力腐蚀的环境介质中使用2.控制应力控制应力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，减少机件上的应力集中减少机件上的应力集中3.改善环境介质改善环境介质 一方面设法减少和消除促进应力腐蚀开裂的有害化学离子，一方面设法减少和消除促进应力腐蚀开裂的有害化学离子，另一方面，也可在介质中添加缓蚀剂另一方面，也可在介质中添加缓蚀剂 4.采用电化学保护采用电化学保护 阴极保护法阴极保护法 防止应力腐蚀措施防止应力腐蚀措施氢脆的类型氢脆的类型 位错理论对氢脆的解释位错理论对

14、氢脆的解释 氢脆与应力腐蚀的关系氢脆与应力腐蚀的关系 防止氢脆的措施防止氢脆的措施 8.3 氢脆氢脆氢及其在金属中的行为氢及其在金属中的行为氢氢对对金金属属的的作作用用益处益处害处害处钛合金，氢可作为临时合金元素来钛合金，氢可作为临时合金元素来改善其热加工性能及室温机械性能改善其热加工性能及室温机械性能 金属氢化物可用作储氢材料或电池金属氢化物可用作储氢材料或电池材料材料 氢脆断裂氢脆断裂 很少很少导致多导致多种形式种形式失效失效主导主导作用作用氢的来源氢的来源内部：金属在熔炼过程中及随后的加工制造过程 中吸收的氢氢及其在金属中的行为氢及其在金属中的行为外来：金属机件在服役时从含氢环境介质中吸

15、收的氢如如焊接、酸洗、电镀过程焊接、酸洗、电镀过程 如如含有氢气和硫化氢的环境、水溶液、潮含有氢气和硫化氢的环境、水溶液、潮湿空气等湿空气等 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，称为氢脆断裂现象，称为氢脆断裂(简称氢脆，简称氢脆，hydrogen embrittlement)氢蚀氢蚀典型实例典型实例：碳钢在碳钢在300500度度的高压氢气环境中的脆性断裂的高压氢气环境中的脆性断裂 氢、氢脆及其类型氢、氢脆及其类型1.氢脆的类型氢脆的类型氢与金属中的第二相作用生成高压气体，使基体金属晶界氢与金属中的第二相作用生成高压气体，使基

16、体金属晶界结合力减弱而导致金属脆化结合力减弱而导致金属脆化 断口特征断口特征宏观：呈氧化色，颗粒状宏观：呈氧化色，颗粒状微观：晶界明显加宽，呈沿晶断裂微观：晶界明显加宽，呈沿晶断裂 白点：白点：氢、氢脆及其类型氢、氢脆及其类型椭圆形椭圆形斑点斑点 典型实例典型实例锻造后急冷的钢锻造后急冷的钢解释解释氢氢溶解度的减小溶解度的减小(因为温度降低因为温度降低)而过饱和，聚集而过饱和，聚集形成氢分子，应力集中形成氢分子，应力集中也称发裂也称发裂细长细长裂纹裂纹 氢化物致脆氢化物致脆氢与某些金属有较大的亲和力，极易生成脆性氢化物，使氢与某些金属有较大的亲和力，极易生成脆性氢化物，使金属脆化金属脆化典型实

17、例：典型实例：室温下，钛与氢形成氢化钛室温下，钛与氢形成氢化钛(TiHx)而产生氢脆而产生氢脆断口特征断口特征：断口上可见氢化物断口上可见氢化物晶体晶粒粗大，氢化物在晶界上呈薄片状、产生较大的应晶体晶粒粗大，氢化物在晶界上呈薄片状、产生较大的应力集中力集中;若晶粒较细，氢化物多呈块状不连续分布，对金属若晶粒较细，氢化物多呈块状不连续分布，对金属危害较小。危害较小。氢、氢脆及其类型氢、氢脆及其类型氢化物致脆与材料微结构的关系氢化物致脆与材料微结构的关系氢致延滞断裂氢致延滞断裂含有适量固溶态氢的金属，在低于屈服强度的应力持续作用含有适量固溶态氢的金属，在低于屈服强度的应力持续作用下，形成裂纹并扩展

18、，最后突然发生脆性断裂。这种因为氢下，形成裂纹并扩展，最后突然发生脆性断裂。这种因为氢的作用而产生的延滞断裂现象称为氢致延滞断裂的作用而产生的延滞断裂现象称为氢致延滞断裂 特点：特点：a.只只在一定温度范围内出现在一定温度范围内出现 b.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 c.降低金属材料的延伸率，但有一限值；断面收缩率则随含氢降低金属材料的延伸率，但有一限值；断面收缩率则随含氢量增加不断下降，材料强度越高，下降越剧烈量增加不断下降，材料强度越高，下降越剧烈 氢、氢脆及其类型氢、氢脆及其类型断口特征：断口特征：宏观 与一般的脆性断裂相似微观沿晶断裂，晶界上

19、有许多撕裂棱也可能是穿晶断裂氢、氢脆及其类型氢、氢脆及其类型氢致延滞断裂抗力指标氢致延滞断裂抗力指标腐蚀介质1.门槛应力门槛应力SCC试样拉应力将无裂纹拉伸试样放入腐蚀介将无裂纹拉伸试样放入腐蚀介质中，加恒应力质中，加恒应力经过一定的孕育期后就会产生经过一定的孕育期后就会产生应力腐蚀开裂，直至断裂应力腐蚀开裂，直至断裂特点：特点：外加应力的下降，断裂时间增长外加应力的下降，断裂时间增长外加应力小于某一临界值时，试外加应力小于某一临界值时，试样在规定的时间内并不发生应力样在规定的时间内并不发生应力腐蚀断裂腐蚀断裂定义：定义：能产生氢脆延滞腐蚀断裂的最小应力能产生氢脆延滞腐蚀断裂的最小应力裂纹氢致

20、延滞断裂抗力指标氢致延滞断裂抗力指标断裂时间是随着应力强度因子断裂时间是随着应力强度因子 的降低而增加的降低而增加1 K应力强度因子为应力强度因子为1 K1ft2K应力强度因子为应力强度因子为2ft2K1ft2ft可见：可见：2.应力腐蚀临界强度因子应力腐蚀临界强度因子CK定义：定义：能产生氢致延滞腐蚀断裂的最小应力强度因子能产生氢致延滞腐蚀断裂的最小应力强度因子曲线出现水平线段，曲线出现水平线段，与与 几乎无关。此时裂纹尖端发生几乎无关。此时裂纹尖端发生分叉现象，裂纹扩展主要受电分叉现象，裂纹扩展主要受电化学过程控制化学过程控制 dtda/IK当当 刚超过刚超过 时，裂纹快速扩时，裂纹快速扩

21、展，展，曲线几乎与纵坐标轴平行曲线几乎与纵坐标轴平行 IKHK3.裂纹扩展速率裂纹扩展速率dtda/裂纹长度已接近临界尺寸裂纹长度已接近临界尺寸,随随 增大而急剧增大增大而急剧增大,当当 到达到达 时便失稳扩展而断裂时便失稳扩展而断裂 dtda/IKIKCK氢致延滞断裂抗力指标氢致延滞断裂抗力指标2.位错理论对氢脆的解释位错理论对氢脆的解释氢聚集位错处形成Conttrell气团外应力促进位错运动，而此时Conttrell气团随位错运动而运动位错与气团运动遇到障碍时，产生位错塞积，同时氢原子在塞积处聚集应力足够大，形成裂纹a.裂纹形成裂纹形成氢在氢在位错位错处塞处塞积，积，形成形成应力应力集中集

22、中b.裂纹扩展特征裂纹扩展特征在外加应力作用下，氢原子易于通过位错运动向裂纹尖端区域聚集。氢原子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值时，便使此区域明显脆化而形成新裂纹新裂纹与原裂纹的尖端相汇合，裂纹便扩展一段距离，随后停止裂纹再孕育，再扩展最后达到临界尺寸失稳扩展而断裂此时，电阻的变化证实了此时，电阻的变化证实了裂纹扩展的特征裂纹扩展的特征电阻呈阶跃性的增大电阻呈阶跃性的增大氢脆与温度和形变速率的关系氢脆与温度和形变速率的关系？：氢脆只出现于一定形变速率和一定温度范围内氢脆只出现于一定形变速率和一定温度范围内 氢致延滞断裂形成氢气团氢气团对位错钉扎位错塞积应力集中形形

23、变变速速率率一一定定温度很低温度很低氢原子扩散速率慢，跟不上位错运动，不足以形成气团温度太高温度太高氢原子扩散速率很快，极容易形成气团，但极易离开气团向周围扩散温度适当温度适当形式气团，伴随着位错运动，氢易聚集于裂纹顶端塑性区，以脆化氢氢 致致 延延 滞滞 断断 裂裂 不发生不发生不发生不发生发生发生形变速率因素：形变速率因素：形变速率增大氢脆产生位错运动速度增大温度升高形变速率足够高，温度再高也不能让氢原子跟上位错运动，则无法发生氢脆3.3.氢脆与应力腐蚀的关系氢脆与应力腐蚀的关系共同点：共同点：a.应力和化学介质共同作用而产生的延滞断裂现象。b.应力腐蚀总是伴随有氢的析出，析出的氢又易于形

24、成氢致延滞断裂腐蚀介质腐蚀介质应力应力应力应力不同点不同点氢脆：阴极吸氢过程氢脆：阴极吸氢过程氢脆与应力腐蚀的关系氢脆与应力腐蚀的关系极化曲线极化曲线应力腐蚀：阳极溶解过程应力腐蚀：阳极溶解过程极化曲线极化曲线断断口口形形貌貌不不同同环境因素：环境因素：材质因素：材质因素：力学因素：力学因素：切断氢进入金属中的途径，或者控制这条途径切断氢进入金属中的途径，或者控制这条途径上的某个关键环节，延缓在这个环节上的反应上的某个关键环节，延缓在这个环节上的反应速度，使氢不进入或少进入金属中速度，使氢不进入或少进入金属中 排除各种产生残余拉应力的因素排除各种产生残余拉应力的因素;采用表面处采用表面处理使表

25、面获得残余压应力层理使表面获得残余压应力层选用对氢脆不敏感的材料，如含碳量低且硫、选用对氢脆不敏感的材料，如含碳量低且硫、磷含量较少的钢磷含量较少的钢 4.4.防止氢脆的措施防止氢脆的措施8.3 腐蚀疲劳腐蚀疲劳腐蚀疲劳定义及其特点腐蚀疲劳定义及其特点 腐蚀疲劳机理腐蚀疲劳机理 腐蚀裂纹扩展模型腐蚀裂纹扩展模型 防止腐蚀疲劳的措施防止腐蚀疲劳的措施 1.腐蚀疲劳腐蚀疲劳(Corrosion fatigue)材料或构件在交变应力与腐蚀环境的共同作用下产生的材料或构件在交变应力与腐蚀环境的共同作用下产生的脆性断裂脆性断裂 工程实例工程实例腐蚀疲劳定义及其特征腐蚀疲劳定义及其特征2.腐蚀疲劳的特征腐

26、蚀疲劳的特征a.腐蚀环境不是特定的腐蚀环境不是特定的 b.不存在疲劳极限不存在疲劳极限 c.腐蚀疲劳强度与抗拉强腐蚀疲劳强度与抗拉强度之间没有一定的关系度之间没有一定的关系 腐蚀疲劳定义及其特征腐蚀疲劳定义及其特征腐蚀疲劳腐蚀疲劳d.腐蚀疲劳裂纹多起源于腐蚀坑或表面缺陷，裂纹多为穿晶型腐蚀疲劳定义及其特征腐蚀疲劳定义及其特征腐蚀疲劳定义及其特征腐蚀疲劳定义及其特征1.滑移滑移溶解机制溶解机制a.循环的交变应力形成局部应变区 b.交变应力的上升期，滑移台阶露出新鲜表面 c.在腐蚀介质表面溶解 d.交变应力下降区，溶解了的滑移台阶不能闭合腐蚀疲劳机理腐蚀疲劳机理2.孔蚀孔蚀应力集中机制应力集中机制

27、交变应力蚀坑应力集中新的蚀坑腐蚀疲劳的起源交变应力 扩 展很好的解释了腐蚀疲劳多源的特点很好的解释了腐蚀疲劳多源的特点 断 裂腐蚀疲劳机理腐蚀疲劳机理3.表面膜破坏机制表面膜破坏机制 在在环境介质中其表面会形成一层环境介质中其表面会形成一层氧化膜氧化膜 在交变应力作用下，表面膜破裂形成疲劳裂纹源交变应力促进裂纹扩展；同时破裂后的膜作为微阳极，金属作为阴极形成腐蚀，促进裂纹扩展失稳断裂腐蚀疲劳机理腐蚀疲劳机理阳极阳极阴极阴极1.腐蚀疲劳裂纹扩展类型腐蚀疲劳裂纹扩展类型裂纹扩展速率增大AB混合型：大多数金属属于此类当 时，介质影响很大，并出现水平台阶 SCCKK腐蚀疲劳裂纹扩展腐蚀疲劳裂纹扩展腐蚀

28、介质腐蚀介质惰性介质惰性介质A型应力强度因子门槛值减小腐蚀介质腐蚀介质惰性介质惰性介质B型SCCKK具有交变载荷作用的疲劳与应力腐蚀相叠加的特征时，介质作用可以忽略惰性介质惰性介质腐蚀介质腐蚀介质2.腐蚀疲劳裂纹扩展模型腐蚀疲劳裂纹扩展模型a.叠加模型叠加模型线性叠加FSCCCFdNdadNdadNdaSCCdNda/为一次应力循环所产生的应力腐蚀裂纹扩展量 dtdtdadNdaSCCSCC/缺陷：缺陷：没有考虑腐蚀和疲劳的交互作用没有考虑腐蚀和疲劳的交互作用腐蚀疲劳裂纹扩展腐蚀疲劳裂纹扩展线性叠加模型的修正线性叠加模型的修正1cfmCFdNdadNdadNda/mdNda/为为惰性环境下的纯

29、机械疲劳裂纹扩展率惰性环境下的纯机械疲劳裂纹扩展率 cfdNda/为为腐蚀环境和惰性环境中的裂纹扩展率的差值腐蚀环境和惰性环境中的裂纹扩展率的差值 代表了周期塑性变形与化学反应的交互作用 CmCFdNdadNdadNda/1/线性叠加模型的修正线性叠加模型的修正2裂纹扩展中纯腐蚀疲劳所占的分量，可由断口分裂纹扩展中纯腐蚀疲劳所占的分量，可由断口分析测量析测量 腐蚀疲劳裂纹扩展腐蚀疲劳裂纹扩展b.竞争模型竞争模型腐蚀疲劳裂纹扩展是力学和化学是独立的相互竞争过程，腐蚀疲劳裂纹扩展速率等于两者之中裂纹扩展速率高的，而不是它们的某种叠加)/,/max(/CmCFdNdadNdadNda竞争模型是叠加模

30、型的特例，即10or腐蚀疲劳裂纹扩展腐蚀疲劳裂纹扩展1.正确选材正确选材一般来说，抗点蚀能力强的材料，其抗腐蚀疲劳性能也较高。故应尽量减少材料中的夹杂物2.合理设计和改进制造工艺合理设计和改进制造工艺避免造成高度应力集中和缝隙腐蚀的几何构形，采取消除内应力的热处理或采取喷丸处理使零件表层处于压应力状态可有效的抑制腐蚀疲劳破坏 3.对工作介质进行处理和对结构进行电化学保护对工作介质进行处理和对结构进行电化学保护 如对海洋金属构件及设备进行阴极保护防止腐蚀疲劳的措施防止腐蚀疲劳的措施材料在环境介质中的力学性能研究方法材料在环境介质中的力学性能研究方法力学方法力学方法 近代物理研究方法近代物理研究方

31、法 电化学测试方法电化学测试方法 应力腐蚀 氢 脆腐蚀疲劳材料应力腐蚀介质物理方法 力学方法电化学方法材料在环境介质中的力学性能研究方法材料在环境介质中的力学性能研究方法材料在环境介质中的力学性能研究方法1.恒载荷法恒载荷法 采用预制裂纹的三点弯曲试样另一端于力臂相连，力臂的另一端通过砝码加载a.试样试样b.试验方法试验方法力学方法力学方法腐蚀介质腐蚀介质试样试样定值定值试样一端固定在机架上试样穿在溶液槽中2/32/13312.4BWaMKIa 裂纹长度；B试样厚度；M弯矩；W试样宽度Wa/1c.计算依据计算依据d.计算方法计算方法测试一组承受不同恒定载荷的相同试样，及产生不同的初始应力强度因

32、子 ，记录每一试样的断裂时间 ，以每组试样的 和 的对数作图，曲线水平部分对应的 即为KSCCKKftftlg力学方法力学方法当裂纹扩展时，在位移恒定的条件下,载荷会下降，于是 值也下降,当 值下降到临界应力强度因子 值时，裂纹便不再扩展 KKthK2.恒位移法恒位移法采用紧凑拉伸试件 a.试样试样b.试验方法试验方法力学方法力学方法试样试样将一个与试样上半部分啮合的螺杆顶在裂纹的下表面上，则产生了一个对应于某个初始载荷的裂纹张开位移螺栓螺栓螺杆螺杆1.动极化线性扫描技术动极化线性扫描技术电化学方法电化学方法一块腐蚀着的金属电极上至少存在两个或两个以上的电一块腐蚀着的金属电极上至少存在两个或两

33、个以上的电极反应，对于一个简单的阳极溶解或阴极还原反应极反应，对于一个简单的阳极溶解或阴极还原反应)exp()exp(cacorrEEII曲线称为腐蚀金属电极的极化曲线曲线称为腐蚀金属电极的极化曲线 IE 在外测电流为零时，腐蚀金属电极的电位就是它的腐蚀电位在外测电流为零时，腐蚀金属电极的电位就是它的腐蚀电位 corrE以以 作为作为 轴的原点，则轴的原点，则 轴的坐标改为轴的坐标改为corrEEEcorrEEE电化学方法电化学方法E 叫做腐蚀金属电极的极化值0E0I0E0I0I0E腐蚀金属电极是进行阳极极化腐蚀金属电极是进行阳极极化极化曲线反应了介质环境中的各种因素如：PH 值、温度、介质浓

34、度等对应力腐蚀的影响结论：极化曲线可用来分析材料在环境中的力学性能的结论：极化曲线可用来分析材料在环境中的力学性能的有效手段有效手段极化曲线可以用来区分材料的应力腐蚀与氢脆断裂电化学方法电化学方法金属应力腐蚀与点蚀、均匀腐蚀不同反展过程的比较金属应力腐蚀与点蚀、均匀腐蚀不同反展过程的比较均匀腐蚀，腐蚀方向和速度都是相同的点蚀，腐蚀方向和速度在空洞位置变化应力腐蚀，尖端腐蚀电流比其它部位大得多，且腐蚀方向垂直于拉应力的方向 电化学方法电化学方法为了使裂纹继续向前扩展并保持已为了使裂纹继续向前扩展并保持已有的几何形状，就要求裂纹尖端相有的几何形状，就要求裂纹尖端相对其它部位有更大的溶解活性对其它部位有更大的溶解活性 随着裂纹不断向前发展，原来尖端部位相对新的尖端部位，活性减少了，乃至产生钝化 结论：结论：可以运用电化学方法测定其活化钝化转变来标定其可以运用电化学方法测定其活化钝化转变来标定其应力腐蚀电位区间应力腐蚀电位区间 电化学方法电化学方法采用动电位极化曲线测定可以得到产生金属应力腐蚀敏感电位区间。如图所示阴极