零件失效分析4金属构件常见失效形式及其判断PPT课件
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1. 蠕变极限：为保证在高温和长期载荷作用的机件不 致产生过量变形而失效。
2. 持久强度极限－断裂抗力指标
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➢ 熔点高，晶体结构紧密 ➢ 形成固溶体，含有弥散相的合金 ➢ 改进冶金质量 ➢ 高温下，粗晶粒有较高的塑变抗力和持久强度 ➢ 采用定向凝固技术获得粗大柱状晶
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• 冷却器管的失效原因为氯化物应力腐蚀开裂
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应力腐蚀开裂的条件及其影响因素
基本条件：弱的腐蚀介质、不大的拉应力、特定的腐蚀系统 共同特征：
✓ 每一种金属或合金，只有在特定的介质中才能发生 应力腐蚀；
✓ 应力（尤其是拉应力）是产生应力腐蚀的必要条件； ✓ 应力腐蚀是一种与时间有关的延迟断裂； ✓ 特定的材料在特定的腐蚀环境下有确定的KISCC； ✓ 应力腐蚀裂纹的扩展速率一般为10-6~10-3mm/min； ✓ 应力腐蚀是一种低应力脆性断裂，断口齐平；
应力松弛变形失效：在总变形不变的条件下，构件弹 性变形不断转为塑性变形从而使 应力不断降低的过程。
松弛稳定性：一定温度下，经规定时间后的剩余应力。
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结构上补偿胀缩方法举例
第14页/共149页
断裂失效
静载荷作用下的断裂失效分析
➢ 过载断裂失效分析 ➢ 材料致脆断裂失效分析 ➢ 环境致脆断裂失效分析 ➢ 混合断裂失效分析
314
Kg/mm2
18-8 20
）
10
1
35
10
30 50 100
300
500 1000
开裂时间（小时）
各种Cr-Ni奥氏体不锈钢在沸腾的45%MgCl2溶液中 的应力-断裂时间曲线
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●● 腐蚀因素
（1）SCC对环境有选择性； （2）氧化剂的存在有决定性作用； （3）温度有着重要的影响。温度升高，材料发生
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影响因素
●● 力学因素
（1）应力使材料发生形变，而形变使表面膜破裂。 应力与环境腐蚀的相互促进，才使得材料在很弱的 腐蚀性介质中发生破坏。 （2）临界应力σscc和临界应力强度因子KIscc低于某 临界值时，材料不发生开裂。
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80
施 加
70
应 力（
60
50
Kg/mm2
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变形失效
高温作用下的变形失效
金属构件在高温长时间作用下，即使其应力恒小于屈 服强度，也会慢慢地产生塑性变形，当变形量超过规定 的要求时，导致失效。
✓ 蠕变变形失效 ✓ 应力松弛变形失效
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蠕变变形失效
金属材料在长时间恒温、恒应力作用下，即使应 力低于屈服点也会慢慢发生塑性变形，称为蠕变。
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工作应力、残余应力、热应力
应力腐蚀是应力和环境腐蚀的联合作用造成 的破坏形式。
静止应力—应力腐蚀开裂（SCC）； 循环应力—腐蚀疲劳（CF）；
特点：
局部腐蚀 断裂有突发性
具体实例？
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实例1
1921年就有硝酸盐引起低碳钢应力腐蚀开裂的事故报 道。低碳钢在硝酸盐溶液中发生阳极溶解的同时，在 表面形成一层Fe2O3保护性薄膜：
核桃纹花样
泥状花样
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铜锌合金锥管的应力腐蚀开裂
第52页/共149页
应力腐蚀开裂失效分析
详细了解材料的生产过程与处理工艺，掌握 材料成分、组织状态及杂质含量与分布 详细了解设备或部件的结构特点，加工、 制造、装配过程
详细了解设备及部件使用环境特点
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断口和裂纹形态的宏观、微观分析，确定 断裂的特征
微观特征： ✓ 裂纹起始区大多有腐蚀产物，有时会观 察到网状龟裂的“泥纹花样”； ✓ 断口上经常出现二次裂纹； ✓ 应力腐蚀裂纹在扩展过程中发生分叉， 形成“树枝状”裂纹；应力腐蚀系统及影响因素 ✓ 穿晶、沿晶、混合型
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应力腐蚀裂纹的分叉特征
不锈钢的应力腐蚀开裂
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氢致断裂失效氢的来源氢的来源冶炼碳水化合物燃料加工过程酸洗和电镀储运过程潮湿大气海洋气候氢的来源使用过程湿空气水有机溶剂含痕量水白点溶解在基体中的氢原子析出并在内部缺陷处聚集产生高压环境气氛中的氢在高温下进入金属内部夺取钢中的碳形成甲烷材料内部的氢于表皮下析出并转变成分子氢产生的高压使表层鼓起可逆性氢脆材料内部的氢以间隙固溶体的形式存在缓慢加载时原子氢由固溶体中析出并结合成分子状态特点
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➢ 材料致脆断裂失效分析
材料选用不当 制造过程中工艺不正确
回火脆性断裂失效 冷脆金属的低温脆断 第二相质点致脆断裂失效
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✓ 回火脆性断裂失效
AK
低温回火脆性
在250~400℃出现韧性下 M及残余A分解时沿M针条边降界
析出薄片状Fe3C有关
穿晶型准解理 目前尚无有效方法消除，只能尽 量避开在此温度范围内回火。
塑性变形失效的原因及预防措施
原因：过载 措施：
✓ 合理选材，提高材料抵抗塑性 变形的能力；
✓ 准确地确定构件的工作载荷， 正确进行应力计算；
✓ 严格按照加工工艺规程对构件 成形，减少残余应力；
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承受内压的不锈钢管
轮齿齿面硬度，采用高粘度的或加有极压添加剂的 润滑油均有助于减缓或防止轮齿产生塑性变形。
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➢ 氢的来源
冶炼 ✓ 水（空气、原料） ✓ 铁锈 ✓ 碳水化合物（燃料） 加工过程 ✓ 焊接、热处理 ✓ 酸洗和电镀 储运过程 ✓潮湿大气、海洋气候
10Fe+6NO3-+3H2O→5Fe2O3+6OH-+3N2 2Fe+NO3- → Fe2O3+0.5N2+e 如果保护膜遭到破坏，金属发生阳极溶解腐蚀的应力 腐蚀开裂。由于低碳钢的氧化保护膜只在晶粒表面上 形成，而不在晶界上，所以低碳钢的硝酸盐应力腐蚀 都是沿晶开裂。
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实例2
第31页/共149页
低温脆断断裂分析Leabharlann 不是固定值韧脆转变温度
材料的缺陷和晶粒是否粗大
方法？
采用系列冲击试验确定材料的实际韧脆转变温度
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✓ 第二相质点致脆断裂失效
脆性的第二相质点沿原奥氏体 晶界择优析出引起的晶界脆化 某些杂质元素沿晶界富集引起
的晶界弱化
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断口特征
宏观 晶粒状 微观 沿晶断裂，晶界处第二相质点
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➢ 环境致脆断裂失效分析
应力腐蚀开裂 氢致脆断失效 低熔点金属的接触致脆断裂失效 热脆失效 蠕变断裂失效
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应力腐蚀开裂 ( Stress Corrosion Cracking ) ➢ 应力腐蚀开裂 ➢ 应力腐蚀开裂的条件及其影响因素 ➢ 应力腐蚀开裂的断口形貌特征 ➢ 应力腐蚀开裂失效分析
在实际使用条件下重复试验或在实验室内 加速试验
应力腐蚀试验：恒载荷法、恒变形法
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腐蚀疲劳
在循环应力(交变应力)和腐蚀环境的联合作用下金 属材料发生的严重腐蚀破坏叫做腐蚀疲劳 (CF)。 ●S－N曲线和疲劳极限
在腐蚀环境中疲劳极限不存在，即在低应力下 造成断裂的循环数仍与应力有关。为了便于对各种金 属材料耐腐蚀疲劳性能进行比较，一般是规定一个循 环次数(如107)，从而得出名义的腐蚀疲劳极限，记为 -1c。
典型的蠕变曲线
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晶界的弱化和在应力作用下的沿晶界的滑移
蠕变空洞 蠕变断裂
蠕变变形 蠕变裂纹
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1. 在三晶粒交汇处形成楔形裂纹－－应力集中理论
高应力＋较低温度
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2. 在晶界上由空洞形成的晶界裂纹－－空位聚集理论
低应力＋较高温度
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性能指标：
疲劳断裂失效分析
第15页/共149页
静载荷作用下的断裂失效分析
➢ 过载断裂失效分析
工作载荷超过构件危险截面所能承 受的极限载荷时，构件发生的断裂
构件危险截面上的真实应力 截面上的有效尺寸
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✓ 过载断裂失效断口的一般特征
塑性断裂
宏观 微观
杯锥状断口 微孔聚集型断口
脆性断裂
宏观 微观
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快冷
慢冷
300 50 65 回火温0度 ℃ 0
如何消除？
高温回火脆性 在500~600℃回火后缓慢冷却会出现韧性下降 钢中的杂质S、P、AS、Sn等在晶界上偏聚引起的。 沿晶冰糖状 ✓ 对小型零件可采用回火后快冷的方法； ✓ 对于大型零件则可在材料中加入Mo、W等， 可阻止或延缓有害元素在晶界上的析出。
某化肥厂使用的90m3合成氨冷凝器，采用1Cr18Ni9Ti不 锈钢管作冷凝管，工作时氨由管内流通，管外壁用水冷 却，管壁温度约200 ℃，使用不到一年，发生了多根冷 凝管开裂。
•裂纹起始于外表面，向内壁扩展，有的已经穿透壁厚； •断口的电子显微特征为穿晶解理； •断口上的腐蚀产物主要Fe2O3，并有氯元素富集； •冷却水为黄浦江水，含有大量氯离子。
工程实例：
镗床镗杆的过量弹性变形会降低被加工零件的精度甚至造成废品； 齿轮轴的过量弹性变形会影响齿轮的正常啮合，加速磨损，增加噪
声； 弹簧的过量弹性变形会影响其减振和储能驱动作用。
螺栓等紧固件、轴承
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弹性变形失效的原因及预防措施
原因：过载、超温、材料
设计考虑不周、计算错误、选材不当 预防？
100
破
裂
时 间
50
（
小
时
）
10
5
Cr 21~23%，Ni 1~10% 复相不锈钢耐应力腐蚀 与钢中铁素体含量关系
1 0.5
0
20 40 60
铁素体量（%面积）
80 100
应力：25kg/mm2 沸腾：42%MgCl2
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应力腐蚀开裂的断口形貌特征
宏观特征： ✓ 断口平直，断面与主应力方向垂直； ✓ 一般为多源，裂纹起源于表面腐蚀坑处； ✓ 断裂源区、裂纹扩展区、最后断裂区；
✓ 选择合适的材料或构件结构，获得足够的刚度
✓ 采用减少变形影响的连接件（皮带传动、软管连接、 柔性轴）
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变形失效
塑性变形失效 ➢ 塑性变形 ➢ 塑性变形的特点 ➢ 塑性变形失效
容易鉴别
金属构件产生的塑性变形量超过允许的数值
鼓胀、椭圆度增大、翘曲、凹陷、歪扭畸变
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腐蚀疲劳的特征：
（1）任何金属在任何介质中都能发生腐蚀疲劳，即不要 求特定的材料－环境组合。
（2）环境条件对材料的腐蚀疲劳行为都有显著影响。 （3）纯疲劳性能与循环频率无关，腐蚀疲劳性能与频率 有关。 （4）腐蚀疲劳裂纹主要为穿晶型。
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氢致断裂失效 ➢ 氢的来源 ➢ 氢致脆断的类型 ➢ 氢致脆断的断口形貌特征
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产生应力腐蚀开裂的材料－介质组合
金属或合金
低碳钢 低合金钢 奥氏体不锈钢 铜和铜合金 镍和镍合金 蒙乃尔合金 铝合金 铅 镁
腐蚀介质
NaOH, 硝酸盐溶液,(硅酸纳+硝酸钙)溶液 42% MgCl2溶液,HCN NaCl 溶液,海水, H2S水溶液 氯化物溶液,高温高压蒸馏水 氨蒸气,汞盐溶液,含SO2大气 NaOH 水溶液, HF酸,氟硅酸溶液 熔融NaCl, NaCl水溶液,海水,水蒸气,含SO2大气Pb(AC)2溶液 海洋大气,蒸馏水,KCl-KCrO4溶液
SCC的 倾向增大；
（4）干湿交替环境使有害离子浓缩，SCC更容易发 生；
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OF
温 度
400
300
347型
200
316型 100
0
20
40
60
80
100
120
产生破裂所需要的时间（小时）
温度对开裂诱发时间的影响，316及347型不锈钢 在含875ppm NaCl的水中
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回火致脆断裂分析： ✓ 室温冲击试验法 ✓ 系列冲击试验法 ✓ 低温拉伸试验法 ✓ 断裂韧度法
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✓ 冷脆金属的低温脆断
何种晶体结构的材料易发生？ 环境温度低于韧脆转变温度 构件几何尺寸较大，处于平面应变状态
宏观 结晶状，明显的镜面反光
断口特征
微观 解理断裂特征
40
） 30
20
10 0
0.1
工业不锈钢耐应力腐蚀开裂性能的比较
型号
310
型号
314
305
型号
309
304
316
3041
347
347-2
1
10
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100
1000
断裂时间（小时）
40
外 应 加 力 30 （
310 18Cr/20Ni/Mo/Cu
310Mo 16Cr/12Ni 316
20Cr/30Ni/Mo/Cu 20Cr/34Ni
结晶状断口 解理断口
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常见形貌特征：
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✓ 影响过载断裂失效特征的因素 材料性质的影响 零件形状与几何尺寸的影响 载荷性质的影响 环境因素的影响
● ● 冶金因素
(1) 合金的化学成分、热处理、组织结构、加工状态 对其SCC敏感性都有影响。
(2) 对于奥氏体不锈钢在氯化物溶液中的SCC来说， 提高Ni含量，加入硅、铜，有利于提高抗SCC性能。
(3) 增加碳含量也有利于提高耐SCC性能，但含碳量 大则容易产生晶间性SCC。
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2. 持久强度极限－断裂抗力指标
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➢ 熔点高，晶体结构紧密 ➢ 形成固溶体，含有弥散相的合金 ➢ 改进冶金质量 ➢ 高温下，粗晶粒有较高的塑变抗力和持久强度 ➢ 采用定向凝固技术获得粗大柱状晶
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• 冷却器管的失效原因为氯化物应力腐蚀开裂
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应力腐蚀开裂的条件及其影响因素
基本条件：弱的腐蚀介质、不大的拉应力、特定的腐蚀系统 共同特征：
✓ 每一种金属或合金，只有在特定的介质中才能发生 应力腐蚀；
✓ 应力（尤其是拉应力）是产生应力腐蚀的必要条件； ✓ 应力腐蚀是一种与时间有关的延迟断裂； ✓ 特定的材料在特定的腐蚀环境下有确定的KISCC； ✓ 应力腐蚀裂纹的扩展速率一般为10-6~10-3mm/min； ✓ 应力腐蚀是一种低应力脆性断裂，断口齐平；
应力松弛变形失效：在总变形不变的条件下，构件弹 性变形不断转为塑性变形从而使 应力不断降低的过程。
松弛稳定性：一定温度下，经规定时间后的剩余应力。
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结构上补偿胀缩方法举例
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断裂失效
静载荷作用下的断裂失效分析
➢ 过载断裂失效分析 ➢ 材料致脆断裂失效分析 ➢ 环境致脆断裂失效分析 ➢ 混合断裂失效分析
314
Kg/mm2
18-8 20
）
10
1
35
10
30 50 100
300
500 1000
开裂时间（小时）
各种Cr-Ni奥氏体不锈钢在沸腾的45%MgCl2溶液中 的应力-断裂时间曲线
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●● 腐蚀因素
（1）SCC对环境有选择性； （2）氧化剂的存在有决定性作用； （3）温度有着重要的影响。温度升高，材料发生
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影响因素
●● 力学因素
（1）应力使材料发生形变，而形变使表面膜破裂。 应力与环境腐蚀的相互促进，才使得材料在很弱的 腐蚀性介质中发生破坏。 （2）临界应力σscc和临界应力强度因子KIscc低于某 临界值时，材料不发生开裂。
第42页/共149页
80
施 加
70
应 力（
60
50
Kg/mm2
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变形失效
高温作用下的变形失效
金属构件在高温长时间作用下，即使其应力恒小于屈 服强度，也会慢慢地产生塑性变形，当变形量超过规定 的要求时，导致失效。
✓ 蠕变变形失效 ✓ 应力松弛变形失效
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蠕变变形失效
金属材料在长时间恒温、恒应力作用下，即使应 力低于屈服点也会慢慢发生塑性变形，称为蠕变。
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工作应力、残余应力、热应力
应力腐蚀是应力和环境腐蚀的联合作用造成 的破坏形式。
静止应力—应力腐蚀开裂（SCC）； 循环应力—腐蚀疲劳（CF）；
特点：
局部腐蚀 断裂有突发性
具体实例？
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实例1
1921年就有硝酸盐引起低碳钢应力腐蚀开裂的事故报 道。低碳钢在硝酸盐溶液中发生阳极溶解的同时，在 表面形成一层Fe2O3保护性薄膜：
核桃纹花样
泥状花样
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铜锌合金锥管的应力腐蚀开裂
第52页/共149页
应力腐蚀开裂失效分析
详细了解材料的生产过程与处理工艺，掌握 材料成分、组织状态及杂质含量与分布 详细了解设备或部件的结构特点，加工、 制造、装配过程
详细了解设备及部件使用环境特点
第53页/共149页
断口和裂纹形态的宏观、微观分析，确定 断裂的特征
微观特征： ✓ 裂纹起始区大多有腐蚀产物，有时会观 察到网状龟裂的“泥纹花样”； ✓ 断口上经常出现二次裂纹； ✓ 应力腐蚀裂纹在扩展过程中发生分叉， 形成“树枝状”裂纹；应力腐蚀系统及影响因素 ✓ 穿晶、沿晶、混合型
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应力腐蚀裂纹的分叉特征
不锈钢的应力腐蚀开裂
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氢致断裂失效氢的来源氢的来源冶炼碳水化合物燃料加工过程酸洗和电镀储运过程潮湿大气海洋气候氢的来源使用过程湿空气水有机溶剂含痕量水白点溶解在基体中的氢原子析出并在内部缺陷处聚集产生高压环境气氛中的氢在高温下进入金属内部夺取钢中的碳形成甲烷材料内部的氢于表皮下析出并转变成分子氢产生的高压使表层鼓起可逆性氢脆材料内部的氢以间隙固溶体的形式存在缓慢加载时原子氢由固溶体中析出并结合成分子状态特点
第26页/共149页
➢ 材料致脆断裂失效分析
材料选用不当 制造过程中工艺不正确
回火脆性断裂失效 冷脆金属的低温脆断 第二相质点致脆断裂失效
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✓ 回火脆性断裂失效
AK
低温回火脆性
在250~400℃出现韧性下 M及残余A分解时沿M针条边降界
析出薄片状Fe3C有关
穿晶型准解理 目前尚无有效方法消除，只能尽 量避开在此温度范围内回火。
塑性变形失效的原因及预防措施
原因：过载 措施：
✓ 合理选材，提高材料抵抗塑性 变形的能力；
✓ 准确地确定构件的工作载荷， 正确进行应力计算；
✓ 严格按照加工工艺规程对构件 成形，减少残余应力；
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承受内压的不锈钢管
轮齿齿面硬度，采用高粘度的或加有极压添加剂的 润滑油均有助于减缓或防止轮齿产生塑性变形。
第57页/共149页
➢ 氢的来源
冶炼 ✓ 水（空气、原料） ✓ 铁锈 ✓ 碳水化合物（燃料） 加工过程 ✓ 焊接、热处理 ✓ 酸洗和电镀 储运过程 ✓潮湿大气、海洋气候
10Fe+6NO3-+3H2O→5Fe2O3+6OH-+3N2 2Fe+NO3- → Fe2O3+0.5N2+e 如果保护膜遭到破坏，金属发生阳极溶解腐蚀的应力 腐蚀开裂。由于低碳钢的氧化保护膜只在晶粒表面上 形成，而不在晶界上，所以低碳钢的硝酸盐应力腐蚀 都是沿晶开裂。
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实例2
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低温脆断断裂分析Leabharlann 不是固定值韧脆转变温度
材料的缺陷和晶粒是否粗大
方法？
采用系列冲击试验确定材料的实际韧脆转变温度
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✓ 第二相质点致脆断裂失效
脆性的第二相质点沿原奥氏体 晶界择优析出引起的晶界脆化 某些杂质元素沿晶界富集引起
的晶界弱化
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断口特征
宏观 晶粒状 微观 沿晶断裂，晶界处第二相质点
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➢ 环境致脆断裂失效分析
应力腐蚀开裂 氢致脆断失效 低熔点金属的接触致脆断裂失效 热脆失效 蠕变断裂失效
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应力腐蚀开裂 ( Stress Corrosion Cracking ) ➢ 应力腐蚀开裂 ➢ 应力腐蚀开裂的条件及其影响因素 ➢ 应力腐蚀开裂的断口形貌特征 ➢ 应力腐蚀开裂失效分析
在实际使用条件下重复试验或在实验室内 加速试验
应力腐蚀试验：恒载荷法、恒变形法
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腐蚀疲劳
在循环应力(交变应力)和腐蚀环境的联合作用下金 属材料发生的严重腐蚀破坏叫做腐蚀疲劳 (CF)。 ●S－N曲线和疲劳极限
在腐蚀环境中疲劳极限不存在，即在低应力下 造成断裂的循环数仍与应力有关。为了便于对各种金 属材料耐腐蚀疲劳性能进行比较，一般是规定一个循 环次数(如107)，从而得出名义的腐蚀疲劳极限，记为 -1c。
典型的蠕变曲线
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晶界的弱化和在应力作用下的沿晶界的滑移
蠕变空洞 蠕变断裂
蠕变变形 蠕变裂纹
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1. 在三晶粒交汇处形成楔形裂纹－－应力集中理论
高应力＋较低温度
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2. 在晶界上由空洞形成的晶界裂纹－－空位聚集理论
低应力＋较高温度
第10页/共149页
性能指标：
疲劳断裂失效分析
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静载荷作用下的断裂失效分析
➢ 过载断裂失效分析
工作载荷超过构件危险截面所能承 受的极限载荷时，构件发生的断裂
构件危险截面上的真实应力 截面上的有效尺寸
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✓ 过载断裂失效断口的一般特征
塑性断裂
宏观 微观
杯锥状断口 微孔聚集型断口
脆性断裂
宏观 微观
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快冷
慢冷
300 50 65 回火温0度 ℃ 0
如何消除？
高温回火脆性 在500~600℃回火后缓慢冷却会出现韧性下降 钢中的杂质S、P、AS、Sn等在晶界上偏聚引起的。 沿晶冰糖状 ✓ 对小型零件可采用回火后快冷的方法； ✓ 对于大型零件则可在材料中加入Mo、W等， 可阻止或延缓有害元素在晶界上的析出。
某化肥厂使用的90m3合成氨冷凝器，采用1Cr18Ni9Ti不 锈钢管作冷凝管，工作时氨由管内流通，管外壁用水冷 却，管壁温度约200 ℃，使用不到一年，发生了多根冷 凝管开裂。
•裂纹起始于外表面，向内壁扩展，有的已经穿透壁厚； •断口的电子显微特征为穿晶解理； •断口上的腐蚀产物主要Fe2O3，并有氯元素富集； •冷却水为黄浦江水，含有大量氯离子。
工程实例：
镗床镗杆的过量弹性变形会降低被加工零件的精度甚至造成废品； 齿轮轴的过量弹性变形会影响齿轮的正常啮合，加速磨损，增加噪
声； 弹簧的过量弹性变形会影响其减振和储能驱动作用。
螺栓等紧固件、轴承
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弹性变形失效的原因及预防措施
原因：过载、超温、材料
设计考虑不周、计算错误、选材不当 预防？
100
破
裂
时 间
50
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小
时
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Cr 21~23%，Ni 1~10% 复相不锈钢耐应力腐蚀 与钢中铁素体含量关系
1 0.5
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铁素体量（%面积）
80 100
应力：25kg/mm2 沸腾：42%MgCl2
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应力腐蚀开裂的断口形貌特征
宏观特征： ✓ 断口平直，断面与主应力方向垂直； ✓ 一般为多源，裂纹起源于表面腐蚀坑处； ✓ 断裂源区、裂纹扩展区、最后断裂区；
✓ 选择合适的材料或构件结构，获得足够的刚度
✓ 采用减少变形影响的连接件（皮带传动、软管连接、 柔性轴）
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变形失效
塑性变形失效 ➢ 塑性变形 ➢ 塑性变形的特点 ➢ 塑性变形失效
容易鉴别
金属构件产生的塑性变形量超过允许的数值
鼓胀、椭圆度增大、翘曲、凹陷、歪扭畸变
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腐蚀疲劳的特征：
（1）任何金属在任何介质中都能发生腐蚀疲劳，即不要 求特定的材料－环境组合。
（2）环境条件对材料的腐蚀疲劳行为都有显著影响。 （3）纯疲劳性能与循环频率无关，腐蚀疲劳性能与频率 有关。 （4）腐蚀疲劳裂纹主要为穿晶型。
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氢致断裂失效 ➢ 氢的来源 ➢ 氢致脆断的类型 ➢ 氢致脆断的断口形貌特征
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产生应力腐蚀开裂的材料－介质组合
金属或合金
低碳钢 低合金钢 奥氏体不锈钢 铜和铜合金 镍和镍合金 蒙乃尔合金 铝合金 铅 镁
腐蚀介质
NaOH, 硝酸盐溶液,(硅酸纳+硝酸钙)溶液 42% MgCl2溶液,HCN NaCl 溶液,海水, H2S水溶液 氯化物溶液,高温高压蒸馏水 氨蒸气,汞盐溶液,含SO2大气 NaOH 水溶液, HF酸,氟硅酸溶液 熔融NaCl, NaCl水溶液,海水,水蒸气,含SO2大气Pb(AC)2溶液 海洋大气,蒸馏水,KCl-KCrO4溶液
SCC的 倾向增大；
（4）干湿交替环境使有害离子浓缩，SCC更容易发 生；
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OF
温 度
400
300
347型
200
316型 100
0
20
40
60
80
100
120
产生破裂所需要的时间（小时）
温度对开裂诱发时间的影响，316及347型不锈钢 在含875ppm NaCl的水中
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回火致脆断裂分析： ✓ 室温冲击试验法 ✓ 系列冲击试验法 ✓ 低温拉伸试验法 ✓ 断裂韧度法
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✓ 冷脆金属的低温脆断
何种晶体结构的材料易发生？ 环境温度低于韧脆转变温度 构件几何尺寸较大，处于平面应变状态
宏观 结晶状，明显的镜面反光
断口特征
微观 解理断裂特征
40
） 30
20
10 0
0.1
工业不锈钢耐应力腐蚀开裂性能的比较
型号
310
型号
314
305
型号
309
304
316
3041
347
347-2
1
10
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100
1000
断裂时间（小时）
40
外 应 加 力 30 （
310 18Cr/20Ni/Mo/Cu
310Mo 16Cr/12Ni 316
20Cr/30Ni/Mo/Cu 20Cr/34Ni
结晶状断口 解理断口
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常见形貌特征：
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✓ 影响过载断裂失效特征的因素 材料性质的影响 零件形状与几何尺寸的影响 载荷性质的影响 环境因素的影响
● ● 冶金因素
(1) 合金的化学成分、热处理、组织结构、加工状态 对其SCC敏感性都有影响。
(2) 对于奥氏体不锈钢在氯化物溶液中的SCC来说， 提高Ni含量，加入硅、铜，有利于提高抗SCC性能。
(3) 增加碳含量也有利于提高耐SCC性能，但含碳量 大则容易产生晶间性SCC。
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