材料力学性能课件(金属的应力腐蚀和氢脆断裂)PPT课件
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
九江学院材料科学与工程学院 杜大明
材料力学性能
第6章 金属的应力腐蚀与氢脆断裂
18
6.2
氢 脆
一、氢在金属中的存在形式
�由于氢和应力共同作用而导致金属材料产生脆性断 裂的现象，称为氢脆。 �根据引起氢脆的氢之来源不同，分成两大类：一类 为内部氢脆，它是由于金属材料在冶炼、锻造、焊接 或电镀、酸洗过程中吸收了过量的氢气而造成的；第 二类氢脆称为环境氢脆，它是在应力和氢气氛或其它 含氢介质的联合作用下引起的一种脆性断裂，如贮氢 的压力容器中出现的高压氢脆。 �氢在金属中的存在形式：氢分子，氢原子，氢化 物，间隙固溶体。
九江学院材料科学与工程学院 杜大明
材料力学性能
第6章 金属的应力腐蚀与氢脆断裂
4
表6-1 合金产生应力腐蚀的特定腐蚀介质 合金
碳钢
腐蚀介质
荷性钠溶液，氯溶液，硝酸盐水溶液，H2S水 溶液，海水，海洋大气与工业大气(碱脆、硝 脆)
奥氏体不锈钢 氯化物水溶液，海水，海洋大气，高温水，潮 湿空气（湿度90%），热NaCl，H2S水溶液，严 重污染的工业大气（氯脆） 马氏体不锈钢 氯化的，海水，工业大气，酸性硫化物 航空用高强度 海洋大气，氯化物，硫酸，硝酸，磷酸 钢 铜合金 铝合金 水蒸汽，湿H2S，氨溶液（氨脆） 湿空气，NaCl水溶液，海水，工业大气，海洋 大气（脆裂）
九江学院材料科学与工程学院
杜大明
材料力学性能
第6章 金属的应力腐蚀与氢脆断裂
12
九江学院材料科学与工程学院
杜大明
材料力学性能
第6章 金属的应力腐蚀与氢脆断裂
13
�当裂纹尖端K1=K1c时，立即断裂； � 当KI为KI1时，经过t1时间后，由于裂纹扩展，裂纹 尖端K1达到KIc时才发生断裂； � 当KI为KI2时，经过t2时间才发生断裂，KIi表示经过ti 时间后，发生断裂的初始应力场强度因子。 �当K1降低到某一定值后，材料就不会由于应力腐蚀 而发生断裂（即材料有无限寿命），此时的KI就叫做 应力腐蚀临界应力场强度因子，并以K1scc表示。 �K1scc既然是材料的性能指标，用K1scc建立材料发生应 力腐蚀开裂的断裂判据。
九江学院材料科学与工程学院 杜大明
材料力学性能
第6章 金属的应力腐蚀与氢脆断裂
11
三、应力腐蚀抗力指标 （一）KIscc的概念及其测定
�常规的应力腐蚀的研究，通常采用光滑试样，不能 客观地反映带裂纹的金属材料抵抗应力腐蚀断裂的性 能。 �六十年代，断裂力学用于应力腐蚀研究，在应力腐 蚀过程中，裂纹尖端的应力场可以用应力强度因子K1 来描述，受应力腐蚀作用的材料也存在着一个临界应 力场强度因子KIscc，只不过由于环境介质的作用，其 值很小。
九江学院材料科学与工程学院 杜大明
材料力学性能
第6章 金属的应力腐蚀与氢脆断裂
26
四.应力腐蚀与氢脆的关系
�应力腐蚀和氢脆的关系十分密切，除内部氢脆（白点） 外，通常应力腐蚀总是伴有氢脆，它们总是共同存在的。 因此，一般很难严格地区分到底是应力腐蚀，还是氢脆造 成的断裂。 �就断口形态而言，应力腐蚀断口的微观形态与氢脆断口 的微观形态也十分相似。因此，企图从断口形态上来区分 应力腐蚀和氢脆是十分困难的。
九江学院材料科学与工程学院 杜大明
材料力学性能
第6章 金属的应力腐蚀与氢脆断裂
24
三.钢的氢致延滞断裂机理
�断裂过程分为三个阶段：孕育阶段、裂纹亚稳扩展阶 段及失稳扩展阶段。 � 裂纹孕育：氢进入a-Fe晶格中，形成固溶体，使晶格 产生膨胀性弹性畸变。当有刃型位错的应力场存在时， 氢原子便与位错产生交互作用，迁移到位错线附近的拉 应力区，形成氢气团。在三向拉应力作用下，形成裂纹 尖端。 �亚稳扩展：拉应力促使H溶解，裂纹尖端高氢聚集，位 错塞积， � 失稳扩展：应变速度大，位错运动速度大于氢的扩散 速度
�应力腐蚀断裂并不是金属在应力作用下的机械性破坏与
在化学介质作用下的腐蚀性破坏的迭加所造成的，而是 在应力和化学介质的联合作用下，按持有机理产生的断 裂。
九江学院材料科学与工程学院 杜大明
材料力学性能 2.产生条件
� �
第6章 金属的应力腐蚀与氢脆断裂
3
�
�
应力腐蚀断裂一般都是在特定的条件下产生的： 1.只有在拉伸应力作用下才能引起应力腐蚀开裂。一 般情况下，产生应力腐蚀时的拉应力都很低，如果没 有腐蚀介质的联合作用，机件可以在该应力下长期工 作而不产生断裂。 2.产生应力腐蚀的环境总是存在特定腐蚀介质，这种 腐蚀介质一般都很弱，如果没有拉应力的同时作用， 材料在这种介质中腐蚀速度很慢。 3.一般只有合金才产生应力腐蚀,纯金属不会产生这种 现象.合金也只有在拉伸应力与特定腐蚀介质联合作用 下才会产生应力腐蚀断裂。
九江学院材料科学与工程学院 杜大明
பைடு நூலகம்
材料力学性能
第6章 金属的应力腐蚀与氢脆断裂
19
二、氢脆类型及其特征 1.氢蚀
氢蚀：由于氢与金属中的第二相作用生成高压气体，使 基体金属晶界结合力减弱而导致金属脆化。
C + 4 H → CH 4
或Fe3C → 3Fe + C，C + 2 H 2 → CH 4
� 氢蚀的宏观断口形貌呈氧化色，颗粒状。微观断口上 晶界明显加宽，呈沿晶断裂。
九江学院材料科学与工程学院
杜大明
材料力学性能
第6章 金属的应力腐蚀与氢脆断裂
27
应力腐蚀 1. 裂纹从表面开始； 2.裂纹分叉，有较多的 二次裂纹； 3.裂纹源区有较多的腐 蚀产物覆盖着； 4.裂纹源可能有一个或 多个。不一定在应力集 中处萌生裂纹源； 5.一般为沿晶断裂，也 有穿晶解理断裂；
氢脆 裂纹从内部开始； 裂纹几乎不分叉，有二 次裂纹； 腐蚀产物较少； 裂纹源可能是一个或多 个。多在三向应力区萌 生裂纹源； 多数为沿晶断裂，也可 能出现穿晶解理或准解 理断裂；
第6章 金属的 应力腐蚀和氢脆断裂
材料科学与工程学院 杜大明
材料力学性能
第6章 金属的应力腐蚀与氢脆断裂
2
6.1
1.应力腐蚀现象
�
应力腐蚀
一、应力腐蚀现象及其产生条件
应力腐蚀现象
Stress Corrosion Cracking
�金属在拉应力和特定的化学介质共同作用下，经过一段
时间后所产生的低应力脆断现象，称为应力腐蚀断裂。 （常用英文的三个字头SCC表示）。
九江学院材料科学与工程学院
杜大明
材料力学性能
第6章 金属的应力腐蚀与氢脆断裂
25
�（1）在位错密度较高的区域，氢的浓度也较高。在外加 应力作用下，当应变速率较低而温度较高时，氢气团的运 动速率与位错运动速率相适应，气团随位错运动，但又落 后一定距离。因此，气团对位错起“钉扎”作用，产生局部 应变硬化。 �（2）只有不断增大外加应力，产生新的位错才能继续产 生塑性变形。氢原子对这些新位错同样起钉扎作用。 �（3）当运动着的位错与氢气团遇到障碍(如晶界)时，便 产生位错塞积，同时造成氢原子在塞积区聚集。 �（4）若应力足够大，则在位错塞积的端部形成较大的应 力集中，从而形成裂纹。此处聚集的氢原子不仅使裂纹易 于形成，而且使裂纹容易扩展，最后造成脆性断裂。
九江学院材料科学与工程学院 杜大明
材料力学性能
第6章 金属的应力腐蚀与氢脆断裂
5
二、应力腐蚀断裂机理及断口形貌特征 （一）应力腐蚀断裂机理
九江学院材料科学与工程学院
杜大明
材料力学性能
�
第6章 金属的应力腐蚀与氢脆断裂
6
�
�
�
（1）当应力腐蚀敏感的材料置于腐蚀介质中，首先在 金属的表面形成一层保护膜，它阻止了腐蚀进行，即 所谓“钝化”。 （2）由于拉应力和保护膜增厚带来的附加应力使局部 地区的保护膜破裂，破裂处基体金属直接暴露在腐蚀 介质中，成为微电池的阳极，产生阳极溶解。 （3）阳极小阴极大，所以溶解速度很快，腐蚀到一定 程度又形成新的保护膜，但在拉应力的作用下又可能 重新破坏，发生新的阳极溶解。这种保护膜反复形成 反复破裂的过程，就会使某些局部地区腐蚀加深，最 后形成孔洞。 （4）孔洞的存在又造成应力集中，更加速了孔洞表面 附近的塑性变形和保护膜破裂。这种拉应力与腐蚀介 质共同作用形成应力腐蚀裂纹。
九江学院材料科学与工程学院 杜大明
材料力学性能
第6章 金属的应力腐蚀与氢脆断裂
8
晶间断裂可见腐蚀坑
九江学院材料科学与工程学院 杜大明
材料力学性能
第6章 金属的应力腐蚀与氢脆断裂
9
晶间断裂可见腐蚀坑
九江学院材料科学与工程学院 杜大明
材料力学性能
第6章 金属的应力腐蚀与氢脆断裂
10
穿晶断裂有人字形或羽毛状的标记
九江学院材料科学与工程学院 杜大明
材料力学性能 2.白点
第6章 金属的应力腐蚀与氢脆断裂
20
�白点：以氢分子的形式存在于缺陷处，多呈圆形或椭 圆形，而且轮廓分明，表面光亮呈银白色，故称白点 。 � 原因：由于某种原因致使材料中含有过量的氢，因 氢的溶解度变化（通常是随温度降低，金属中氢的溶 解度下降），过饱和氢未能扩散外逸，而在某些缺陷 处聚集成氢分子所造成的。一旦发现发裂，材料便无 法挽救。但在形成发裂前低温长时间保温，则可消除 这类白点。
九江学院材料科学与工程学院 杜大明
材料力学性能
第6章 金属的应力腐蚀与氢脆断裂
23
�断口形貌：延晶断裂较多，实际上并不全是。 �当裂纹前端受很高的应力场强度因子作用时，是以微孔 了聚集型方式进行的； �在中等KI值下，是准解理或准解理加韧窝，或沿晶断裂 加韧窝； �在低KI值下是沿晶断裂形态，晶间小平面上有许多撕裂 棱，表明晶间在分离过程中还产生少量塑性变形。
九江学院材料科学与工程学院 杜大明
材料力学性能
第6章 金属的应力腐蚀与氢脆断裂
14
九江学院材料科学与工程学院
杜大明
材料力学性能
第6章 金属的应力腐蚀与氢脆断裂
15
（二）应力腐蚀裂纹扩展速率da/dt
九江学院材料科学与工程学院
杜大明
材料力学性能
第6章 金属的应力腐蚀与氢脆断裂
16
�第Ⅰ阶段，当K1刚超过KIscc时，裂纹经过一段孕育期 后突然加速扩展，da/dt与K1的关系曲线几乎与纵坐标 轴平行。 �第Ⅱ阶段，曲线出现水平段，da/dt与KI几乎无关，因 为这一阶段裂纹尖端变钝，裂纹扩展主要受电化学过 程控制。 �第Ⅲ阶段，裂纹长度已接近临界尺寸， da/dt又明显 地依赖KI，且随KI而增加而增大，这是材料走向快速 扩展的过渡区，当KIi达到KIc时，便发生失稳扩展，材 料断裂。
九江学院材料科学与工程学院
杜大明
材料力学性能 3.氢化物致脆
第6章 金属的应力腐蚀与氢脆断裂
21
�与氢有较大亲和力的金属，极易生成金属的氢化物， 使金属脆化。
九江学院材料科学与工程学院
杜大明
材料力学性能
第6章 金属的应力腐蚀与氢脆断裂
22
4.氢致延滞断裂
�高强度金属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的)，在低于屈服强度的应力持续 作用下，经过一段孕育期后，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 性断裂。这种由于氢的作用而产生的延滞断裂现象称为 氢致延滞断裂。 �特点：（1）只在一定温度范围内出现，如高强度钢多 出现在一100一150℃之间，而以室温下最敏感；（2）较 慢应变速率下明显，提高应变速率，材料对氢脆的敏感 性降低。（3）此类氢脆显著降低金属材料的断后伸长率 ，但含氢量超过一定数值后，断后伸长率不再变化，而 断面收缩率则随含氢量增加不断下降，且材料强度愈高 ，下降愈剧烈。
九江学院材料科学与工程学院 杜大明
材料力学性能
第6章 金属的应力腐蚀与氢脆断裂
7
（二）应力腐蚀断口特征
�应力腐蚀的裂纹多起源于表面蚀坑处，而裂纹的传 播途径常垂直于拉力轴。应力腐蚀的主裂纹扩展时常 有分枝。 �应力腐蚀破坏的断口，其颜色灰暗，表面常有腐蚀 产物，而疲劳断口的表面，如果是新鲜断口常常较光 滑，有光泽。
九江学院材料科学与工程学院 杜大明
材料力学性能
第6章 金属的应力腐蚀与氢脆断裂
17
四、防止应力腐蚀的措施
�（1）降低应力 �如能将构件所承受的应力降低到临界应力以下，则 可以避免应力腐蚀开裂。 � （2）改变介质条件 �改变介质条件可以减小或消除材料的应力腐蚀开裂 敏感性。 �（3）选用合适的合金材料 �一定的合金只在相应的介质中才显示应力腐蚀开裂 敏感性。 �（四）采用电化学保护 �由于金属在介质中只在一定的电极电位范围内才会 产生应力腐蚀开裂。采用外加电位的方法，使金属在 介质中的电位远离应力腐蚀开裂敏感电位区域。
材料力学性能
第6章 金属的应力腐蚀与氢脆断裂
18
6.2
氢 脆
一、氢在金属中的存在形式
�由于氢和应力共同作用而导致金属材料产生脆性断 裂的现象，称为氢脆。 �根据引起氢脆的氢之来源不同，分成两大类：一类 为内部氢脆，它是由于金属材料在冶炼、锻造、焊接 或电镀、酸洗过程中吸收了过量的氢气而造成的；第 二类氢脆称为环境氢脆，它是在应力和氢气氛或其它 含氢介质的联合作用下引起的一种脆性断裂，如贮氢 的压力容器中出现的高压氢脆。 �氢在金属中的存在形式：氢分子，氢原子，氢化 物，间隙固溶体。
九江学院材料科学与工程学院 杜大明
材料力学性能
第6章 金属的应力腐蚀与氢脆断裂
4
表6-1 合金产生应力腐蚀的特定腐蚀介质 合金
碳钢
腐蚀介质
荷性钠溶液，氯溶液，硝酸盐水溶液，H2S水 溶液，海水，海洋大气与工业大气(碱脆、硝 脆)
奥氏体不锈钢 氯化物水溶液，海水，海洋大气，高温水，潮 湿空气（湿度90%），热NaCl，H2S水溶液，严 重污染的工业大气（氯脆） 马氏体不锈钢 氯化的，海水，工业大气，酸性硫化物 航空用高强度 海洋大气，氯化物，硫酸，硝酸，磷酸 钢 铜合金 铝合金 水蒸汽，湿H2S，氨溶液（氨脆） 湿空气，NaCl水溶液，海水，工业大气，海洋 大气（脆裂）
九江学院材料科学与工程学院
杜大明
材料力学性能
第6章 金属的应力腐蚀与氢脆断裂
12
九江学院材料科学与工程学院
杜大明
材料力学性能
第6章 金属的应力腐蚀与氢脆断裂
13
�当裂纹尖端K1=K1c时，立即断裂； � 当KI为KI1时，经过t1时间后，由于裂纹扩展，裂纹 尖端K1达到KIc时才发生断裂； � 当KI为KI2时，经过t2时间才发生断裂，KIi表示经过ti 时间后，发生断裂的初始应力场强度因子。 �当K1降低到某一定值后，材料就不会由于应力腐蚀 而发生断裂（即材料有无限寿命），此时的KI就叫做 应力腐蚀临界应力场强度因子，并以K1scc表示。 �K1scc既然是材料的性能指标，用K1scc建立材料发生应 力腐蚀开裂的断裂判据。
九江学院材料科学与工程学院 杜大明
材料力学性能
第6章 金属的应力腐蚀与氢脆断裂
11
三、应力腐蚀抗力指标 （一）KIscc的概念及其测定
�常规的应力腐蚀的研究，通常采用光滑试样，不能 客观地反映带裂纹的金属材料抵抗应力腐蚀断裂的性 能。 �六十年代，断裂力学用于应力腐蚀研究，在应力腐 蚀过程中，裂纹尖端的应力场可以用应力强度因子K1 来描述，受应力腐蚀作用的材料也存在着一个临界应 力场强度因子KIscc，只不过由于环境介质的作用，其 值很小。
九江学院材料科学与工程学院 杜大明
材料力学性能
第6章 金属的应力腐蚀与氢脆断裂
26
四.应力腐蚀与氢脆的关系
�应力腐蚀和氢脆的关系十分密切，除内部氢脆（白点） 外，通常应力腐蚀总是伴有氢脆，它们总是共同存在的。 因此，一般很难严格地区分到底是应力腐蚀，还是氢脆造 成的断裂。 �就断口形态而言，应力腐蚀断口的微观形态与氢脆断口 的微观形态也十分相似。因此，企图从断口形态上来区分 应力腐蚀和氢脆是十分困难的。
九江学院材料科学与工程学院 杜大明
材料力学性能
第6章 金属的应力腐蚀与氢脆断裂
24
三.钢的氢致延滞断裂机理
�断裂过程分为三个阶段：孕育阶段、裂纹亚稳扩展阶 段及失稳扩展阶段。 � 裂纹孕育：氢进入a-Fe晶格中，形成固溶体，使晶格 产生膨胀性弹性畸变。当有刃型位错的应力场存在时， 氢原子便与位错产生交互作用，迁移到位错线附近的拉 应力区，形成氢气团。在三向拉应力作用下，形成裂纹 尖端。 �亚稳扩展：拉应力促使H溶解，裂纹尖端高氢聚集，位 错塞积， � 失稳扩展：应变速度大，位错运动速度大于氢的扩散 速度
�应力腐蚀断裂并不是金属在应力作用下的机械性破坏与
在化学介质作用下的腐蚀性破坏的迭加所造成的，而是 在应力和化学介质的联合作用下，按持有机理产生的断 裂。
九江学院材料科学与工程学院 杜大明
材料力学性能 2.产生条件
� �
第6章 金属的应力腐蚀与氢脆断裂
3
�
�
应力腐蚀断裂一般都是在特定的条件下产生的： 1.只有在拉伸应力作用下才能引起应力腐蚀开裂。一 般情况下，产生应力腐蚀时的拉应力都很低，如果没 有腐蚀介质的联合作用，机件可以在该应力下长期工 作而不产生断裂。 2.产生应力腐蚀的环境总是存在特定腐蚀介质，这种 腐蚀介质一般都很弱，如果没有拉应力的同时作用， 材料在这种介质中腐蚀速度很慢。 3.一般只有合金才产生应力腐蚀,纯金属不会产生这种 现象.合金也只有在拉伸应力与特定腐蚀介质联合作用 下才会产生应力腐蚀断裂。
九江学院材料科学与工程学院 杜大明
பைடு நூலகம்
材料力学性能
第6章 金属的应力腐蚀与氢脆断裂
19
二、氢脆类型及其特征 1.氢蚀
氢蚀：由于氢与金属中的第二相作用生成高压气体，使 基体金属晶界结合力减弱而导致金属脆化。
C + 4 H → CH 4
或Fe3C → 3Fe + C，C + 2 H 2 → CH 4
� 氢蚀的宏观断口形貌呈氧化色，颗粒状。微观断口上 晶界明显加宽，呈沿晶断裂。
九江学院材料科学与工程学院
杜大明
材料力学性能
第6章 金属的应力腐蚀与氢脆断裂
27
应力腐蚀 1. 裂纹从表面开始； 2.裂纹分叉，有较多的 二次裂纹； 3.裂纹源区有较多的腐 蚀产物覆盖着； 4.裂纹源可能有一个或 多个。不一定在应力集 中处萌生裂纹源； 5.一般为沿晶断裂，也 有穿晶解理断裂；
氢脆 裂纹从内部开始； 裂纹几乎不分叉，有二 次裂纹； 腐蚀产物较少； 裂纹源可能是一个或多 个。多在三向应力区萌 生裂纹源； 多数为沿晶断裂，也可 能出现穿晶解理或准解 理断裂；
第6章 金属的 应力腐蚀和氢脆断裂
材料科学与工程学院 杜大明
材料力学性能
第6章 金属的应力腐蚀与氢脆断裂
2
6.1
1.应力腐蚀现象
�
应力腐蚀
一、应力腐蚀现象及其产生条件
应力腐蚀现象
Stress Corrosion Cracking
�金属在拉应力和特定的化学介质共同作用下，经过一段
时间后所产生的低应力脆断现象，称为应力腐蚀断裂。 （常用英文的三个字头SCC表示）。
九江学院材料科学与工程学院
杜大明
材料力学性能
第6章 金属的应力腐蚀与氢脆断裂
25
�（1）在位错密度较高的区域，氢的浓度也较高。在外加 应力作用下，当应变速率较低而温度较高时，氢气团的运 动速率与位错运动速率相适应，气团随位错运动，但又落 后一定距离。因此，气团对位错起“钉扎”作用，产生局部 应变硬化。 �（2）只有不断增大外加应力，产生新的位错才能继续产 生塑性变形。氢原子对这些新位错同样起钉扎作用。 �（3）当运动着的位错与氢气团遇到障碍(如晶界)时，便 产生位错塞积，同时造成氢原子在塞积区聚集。 �（4）若应力足够大，则在位错塞积的端部形成较大的应 力集中，从而形成裂纹。此处聚集的氢原子不仅使裂纹易 于形成，而且使裂纹容易扩展，最后造成脆性断裂。
九江学院材料科学与工程学院 杜大明
材料力学性能
第6章 金属的应力腐蚀与氢脆断裂
5
二、应力腐蚀断裂机理及断口形貌特征 （一）应力腐蚀断裂机理
九江学院材料科学与工程学院
杜大明
材料力学性能
�
第6章 金属的应力腐蚀与氢脆断裂
6
�
�
�
（1）当应力腐蚀敏感的材料置于腐蚀介质中，首先在 金属的表面形成一层保护膜，它阻止了腐蚀进行，即 所谓“钝化”。 （2）由于拉应力和保护膜增厚带来的附加应力使局部 地区的保护膜破裂，破裂处基体金属直接暴露在腐蚀 介质中，成为微电池的阳极，产生阳极溶解。 （3）阳极小阴极大，所以溶解速度很快，腐蚀到一定 程度又形成新的保护膜，但在拉应力的作用下又可能 重新破坏，发生新的阳极溶解。这种保护膜反复形成 反复破裂的过程，就会使某些局部地区腐蚀加深，最 后形成孔洞。 （4）孔洞的存在又造成应力集中，更加速了孔洞表面 附近的塑性变形和保护膜破裂。这种拉应力与腐蚀介 质共同作用形成应力腐蚀裂纹。
九江学院材料科学与工程学院 杜大明
材料力学性能
第6章 金属的应力腐蚀与氢脆断裂
8
晶间断裂可见腐蚀坑
九江学院材料科学与工程学院 杜大明
材料力学性能
第6章 金属的应力腐蚀与氢脆断裂
9
晶间断裂可见腐蚀坑
九江学院材料科学与工程学院 杜大明
材料力学性能
第6章 金属的应力腐蚀与氢脆断裂
10
穿晶断裂有人字形或羽毛状的标记
九江学院材料科学与工程学院 杜大明
材料力学性能 2.白点
第6章 金属的应力腐蚀与氢脆断裂
20
�白点：以氢分子的形式存在于缺陷处，多呈圆形或椭 圆形，而且轮廓分明，表面光亮呈银白色，故称白点 。 � 原因：由于某种原因致使材料中含有过量的氢，因 氢的溶解度变化（通常是随温度降低，金属中氢的溶 解度下降），过饱和氢未能扩散外逸，而在某些缺陷 处聚集成氢分子所造成的。一旦发现发裂，材料便无 法挽救。但在形成发裂前低温长时间保温，则可消除 这类白点。
九江学院材料科学与工程学院 杜大明
材料力学性能
第6章 金属的应力腐蚀与氢脆断裂
23
�断口形貌：延晶断裂较多，实际上并不全是。 �当裂纹前端受很高的应力场强度因子作用时，是以微孔 了聚集型方式进行的； �在中等KI值下，是准解理或准解理加韧窝，或沿晶断裂 加韧窝； �在低KI值下是沿晶断裂形态，晶间小平面上有许多撕裂 棱，表明晶间在分离过程中还产生少量塑性变形。
九江学院材料科学与工程学院 杜大明
材料力学性能
第6章 金属的应力腐蚀与氢脆断裂
14
九江学院材料科学与工程学院
杜大明
材料力学性能
第6章 金属的应力腐蚀与氢脆断裂
15
（二）应力腐蚀裂纹扩展速率da/dt
九江学院材料科学与工程学院
杜大明
材料力学性能
第6章 金属的应力腐蚀与氢脆断裂
16
�第Ⅰ阶段，当K1刚超过KIscc时，裂纹经过一段孕育期 后突然加速扩展，da/dt与K1的关系曲线几乎与纵坐标 轴平行。 �第Ⅱ阶段，曲线出现水平段，da/dt与KI几乎无关，因 为这一阶段裂纹尖端变钝，裂纹扩展主要受电化学过 程控制。 �第Ⅲ阶段，裂纹长度已接近临界尺寸， da/dt又明显 地依赖KI，且随KI而增加而增大，这是材料走向快速 扩展的过渡区，当KIi达到KIc时，便发生失稳扩展，材 料断裂。
九江学院材料科学与工程学院
杜大明
材料力学性能 3.氢化物致脆
第6章 金属的应力腐蚀与氢脆断裂
21
�与氢有较大亲和力的金属，极易生成金属的氢化物， 使金属脆化。
九江学院材料科学与工程学院
杜大明
材料力学性能
第6章 金属的应力腐蚀与氢脆断裂
22
4.氢致延滞断裂
�高强度金属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的)，在低于屈服强度的应力持续 作用下，经过一段孕育期后，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 性断裂。这种由于氢的作用而产生的延滞断裂现象称为 氢致延滞断裂。 �特点：（1）只在一定温度范围内出现，如高强度钢多 出现在一100一150℃之间，而以室温下最敏感；（2）较 慢应变速率下明显，提高应变速率，材料对氢脆的敏感 性降低。（3）此类氢脆显著降低金属材料的断后伸长率 ，但含氢量超过一定数值后，断后伸长率不再变化，而 断面收缩率则随含氢量增加不断下降，且材料强度愈高 ，下降愈剧烈。
九江学院材料科学与工程学院 杜大明
材料力学性能
第6章 金属的应力腐蚀与氢脆断裂
7
（二）应力腐蚀断口特征
�应力腐蚀的裂纹多起源于表面蚀坑处，而裂纹的传 播途径常垂直于拉力轴。应力腐蚀的主裂纹扩展时常 有分枝。 �应力腐蚀破坏的断口，其颜色灰暗，表面常有腐蚀 产物，而疲劳断口的表面，如果是新鲜断口常常较光 滑，有光泽。
九江学院材料科学与工程学院 杜大明
材料力学性能
第6章 金属的应力腐蚀与氢脆断裂
17
四、防止应力腐蚀的措施
�（1）降低应力 �如能将构件所承受的应力降低到临界应力以下，则 可以避免应力腐蚀开裂。 � （2）改变介质条件 �改变介质条件可以减小或消除材料的应力腐蚀开裂 敏感性。 �（3）选用合适的合金材料 �一定的合金只在相应的介质中才显示应力腐蚀开裂 敏感性。 �（四）采用电化学保护 �由于金属在介质中只在一定的电极电位范围内才会 产生应力腐蚀开裂。采用外加电位的方法，使金属在 介质中的电位远离应力腐蚀开裂敏感电位区域。