金属腐蚀失效分析4
金属材料失效分析案例PPT
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案例四：金属材料脆性断裂 失效
失效现象描述
金属材料在无明显塑性变形的情况下 突然断裂，断口平齐，呈脆性断裂特 征。
断裂发生时，材料内部存在大量微裂 纹和空洞。
断裂前材料未出现明显的塑性变形， 无明显屈服现象。
失效原因分析
材料内部存在缺陷，如微裂纹、夹杂物等，降低 了材料的韧性。
金属材料在加工过程中受到较大的应力集中，如 切割、打孔等操作，导致材料内部产生微裂纹。
失效机理探讨
电化学腐蚀
金属材料与腐蚀介质发生 电化学反应，导致表面氧 化或溶解。
应力腐蚀
金属材料在应力和腐蚀介 质的共同作用下发生脆性 断裂。
疲劳腐蚀
金属材料在交变应力和腐 蚀介质的共同作用下发生 疲劳断裂。
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案例三：金属材料热疲劳失 效
失效现象描述
金属材料表面出现裂 纹
疲劳断裂，即在交变 应力的作用下发生的 断裂
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疲劳断裂通常发生在应力集中的 部位，如缺口、裂纹或表面损伤 处。
失效原因分析
金属材料在循环应力作用下，微观结 构中产生微裂纹并逐渐扩展，最终导 致断裂。
应力集中、材料内部缺陷或表面损伤 等因素可加速疲劳裂纹的萌生和扩展 。
失效机理探讨
金属疲劳断裂是一个复杂的过程，涉及微观结构、应力分布、材料缺陷等多个因素。
应力腐蚀开裂
在腐蚀介质和应力的共同作用下，焊接接头 处发生应力腐蚀开裂，裂纹扩展导致断裂。
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金属材料在低温环境下工作，材料的韧性下降， 容易发生脆性断裂。
失效机理探讨
金属材料的脆性断裂通常是由 于材料内部存在缺陷或应力集 中导致的微裂纹扩展。
在低温环境下，金属材料的韧 性下降，容易发生脆性断裂。
失效分析
失效分析提高机械产品信誉，必须使机械产品牢固可靠，可是在技术上要求机械产品达到100％的可靠性是不可能的，所以要求尽可能地降低机械产品的事故率。
因为机械产品在使用过程中常常发生断裂、变形、磨损、腐蚀等失效现象的发生，找出失效原因和提出改进措施，必须开展失效分析实例的研究。
目前，随着现代科学技术的飞跃发展，失效分析已经成为一门综合性学科。
它不仅与断裂力学、断裂物理、断口学等学科相关联，而且还涉及产品质量全面管理等领域。
失效1失效的基本概念失效是指机械或机械零件在使用过程中（或者是在使用前的试验过程中），由于尺寸、形状、材料的性能或组织发生变化而引起的机械或机械零件部件不能完满地完成指定的功能，或者机械构件丧失了原设计功能的现象。
常见的失效形式可分为下列四种：弹性变形失效；塑性变形失效；破断或断裂失效；材料变化引起的失效。
机械或机械零部件失效部位可出现如下两种情况：物体内部缺陷引起的失效；物体表面缺陷引起的失效。
2 失效的形式及其类型失效的分类比较复杂，在这里不可能一一作介绍，本文按失效机理将失效分为：断裂失效；变形失效；磨损失效；腐蚀失效等四种类型。
（1）断裂失效(其中包括破断失效)断裂是指金属，或合金材料，或机械产品的一个具有有限面积的几何表面的分离过程。
它是个动态的变化过程，包括裂纹的萌生及扩展过程。
断裂失效是指机械构件由于断裂而引起的机械设备产品不能完成原设计所指定的功能。
断裂失效类型有如下几种：①解理断裂失效；②韧窝破断失效；③准解理断裂失效；④滑移分离失效；⑤疲劳断裂失效；⑥蠕变断裂失效；⑦应力腐蚀断裂失效；⑧液态或固态金属脆性断裂失效；⑨氢脆断裂失效；⑩沿晶断裂失效；○11其他断裂失效等。
（2）变形失效所谓变形通常是指机械构件在外力作用下，其形状和尺寸发生变化的现象。
从微观上讲是指金属材料在外力作用下，其晶格产生畸变。
若外力消除，晶格畸变亦消除时，这种变形为弹性变形；若外力消除，晶格不能恢复原样，即畸变不能消除时，称这种变形为塑性变形。
腐蚀失效
图1 航空发动机不锈钢叶片上的点蚀，表面有镍镀层
这种形态的腐蚀通常发生在具有钝性的或有保护膜的金属上，而且环境的均匀腐蚀性相对较弱。点蚀难以发现，用常规的无损检测手段也难以检测，有时蚀孔的孔口被腐蚀产物覆盖，仅表现为一点微小的锈红色，很显然，这种情况下彩色照片比黑白照片更能显示蚀点。确认点蚀的方法是沿蚀孔深度方向制备金相磨片。沿纵深发展的蚀孔可能在材料绝大部分尚完整的情况下造成穿孔，引起泄漏，而危险物品的泄漏可能引发灾难性事故。蚀孔处的应力集中也可能导致断裂，图2所示是航空发动机的不锈钢叶片在蚀孔处萌生的疲劳裂纹。由于许多蚀孔弥散分布，可采用ASTMG46《点蚀的检查和评价》对腐蚀损伤进行定量评估。点蚀的生长具有自催化能力，一旦开始生长，会加速生长。蚀孔内介质与外界的介质相比，氯化物浓缩，对蚀孔内进行成分分析，通常会发现明显的氯存在。发生点蚀时，环境介质通常是静止的。
1 腐蚀失效的分类
Байду номын сангаас
金属是最重要的工业材料。但是，金属在外界环境影响下常遭受化学和电化学的作用而引起腐蚀失效。从热力学的观点来看，除少数的贵金属(如金、铂)外，各种金属都有与周围介质发生作用而转变成离子的倾向。也就是说，金属受腐蚀是自然趋势。因此，腐蚀失效现象是普遍存在的，钢铁结构在大气中生锈，海船外壳在海水中腐蚀，地下金属管道穿孔，热电厂锅炉损坏，化工厂金属容器损坏等等，都是金属腐蚀失效的例子。据统计，1998年美国因腐蚀带来的经济损失高达2760亿美元，占美国GDP的3%以上。世界航空业因腐蚀原因造成的民航飞机的破坏占总破坏量的40%～60%，其中不乏因腐蚀失效造成的航空事故。
图4 飞机货舱中7075铝合金结构件的剥蚀
可能发生晶间腐蚀的金属有不锈钢、镍合金、铝合金和铜合金。一般地讲，含有常规碳含量(>0.04%)、且不含碳化物稳定元素钛、铌的不锈钢对晶间腐蚀敏感，把碳含量降低至0.03%以下，或添加一定量的钛、铌，则可降低敏感性。
金属材料失效分析报告
金属材料失效分析报告1. 引言金属材料在各个领域中扮演着重要的角色，但在长期使用过程中，由于各种原因可能会出现失效现象。
本报告旨在对金属材料失效进行分析，找出失效原因，并提出相应的解决方案。
2. 背景金属材料失效是指金属材料在使用过程中出现性能下降、功能丧失或完全损坏的情况。
失效可能由多种因素引起，包括材料本身的缺陷、外界环境的影响以及使用条件的变化等。
了解失效的原因对于改进材料性能和延长材料寿命具有重要意义。
3. 失效原因分析3.1 材料缺陷金属材料在制备过程中可能存在一些内在的缺陷，如晶体结构缺陷、晶界缺陷和孔洞等。
这些缺陷可能导致材料的机械性能、化学性能或导电性能下降，从而引起失效。
3.2 外界环境影响外界环境对金属材料的影响也是导致失效的重要原因之一。
例如，金属材料在高温、高湿度或腐蚀性环境中容易发生氧化、腐蚀和脆化等反应，从而导致失效。
3.3 使用条件变化金属材料的使用条件变化也会对其性能产生影响，进而导致失效。
例如，金属材料在受到过大的载荷或振动时可能会发生疲劳失效；在温度变化较大的情况下，热膨胀会导致应力集中，从而引发失效。
4. 失效分析方法为了确定金属材料失效的具体原因，通常采用多种分析方法。
以下是常用的几种分析方法：4.1 金相分析金相分析是通过对金属材料的显微组织进行观察和分析来确定失效原因的一种方法。
通过金相分析，可以了解材料的晶体结构、晶界状况、缺陷情况等，从而找出可能导致失效的因素。
4.2 化学分析化学分析可以确定金属材料的成分，包括主要元素和杂质元素的含量。
通过分析材料的成分，可以判断是否存在元素偏析、化学反应等导致失效的原因。
4.3 力学性能测试力学性能测试可以评估金属材料的强度、韧性、硬度等机械性能。
通过测试，可以了解材料的性能是否达到设计要求，从而判断失效是否与机械性能有关。
4.4 环境试验环境试验是通过模拟实际使用条件，暴露金属材料在不同环境下，观察其性能变化和失效情况。
金属构件失效分析
03
金属构件失效案例分析
案例一：疲劳失效
总结词
疲劳失效是金属构件最常见的失效形式之一，由于在循环应力或交变应力的作用下，金属构件逐渐产生疲劳裂纹 并扩展，最终导致断裂。
详细描述
疲劳失效通常发生在承受循环应力或交变应力的金属构件中，如发动机曲轴、齿轮等。疲劳裂纹通常起源于构件 表面或亚表面，裂纹扩展过程中会受到应力集中的影响，如缺口、划痕等。疲劳失效的原因包括材料缺陷、应力 集中、温度变化等。
05
结论
金属构件失效分析的意义
保障工业安全
通过对金属构件失效进行分析，可以及时发现潜在的安全隐患， 避免因构件失效导致的工业事故。
提高产品质量
通过失效分析，可以找出产品设计、制造或使用过程中的问题，为 改进产品提供依据，提高产品质量。
促进科技进步
失效分析涉及多个学科领域，如材料科学、力学、化学等，对促进 相关学科的科技进步具有重要意义。
金属构件失效分析
目 录
• 引言 • 金属构件失效分析方法 • 金属构件失效案例分析 • 金属构件失效预防措施 • 结论
01
引言
主题简介
金属构件失效分析是一门研究金属构 件失效原因、失效模式和失效机理的 学科。
它涉及到材料科学、力学、腐蚀科学 等多个领域，对于保障金属构件的安 全可靠性和延长其使用寿命具有重要 意义。
THANK YOU
严格控制加工过程
确保金属构件在加工过程中不受损伤 ，如防止过度切割、弯曲或冲压，以 减少应力集中和微裂纹的形成。
定期进行维护和检查
制定维护计划
根据金属构件的使用环境和条件，制定合理的维护计划，包括定期清洁、涂层保护和紧 固件检查等。
定期检查与监测
失效分析实验报告小结
失效分析实验报告小结引言失效分析是一种对材料、构件或设备在使用过程中发生失效的原因进行研究的技术方法。
通过详细分析失效的现象、特征以及失效的原因，可以为改进材料的性能和提高构件或设备的可靠性提供有效的依据。
本次实验旨在通过对金属薄板的失效分析，深入了解失效现象及其原因，为进一步改进材料的使用和设计提供指导。
实施过程1. 实验材料准备本次实验使用了不同材质的金属薄板作为实验样品，其中包括不锈钢、铝合金和碳钢等。
样品经过打磨和清洗后，保证表面的平整和无污染。
2. 失效模拟实验为了模拟失效情况，我们对样品进行了多个实验，包括静态负载、热循环和冲击加载等。
通过不同的实验条件和加载方式，我们可以模拟出不同的失效情况，并进行准确的分析。
3. 失效分析失效分析是实验的重点，通过对被失效样品进行显微镜观察、扫描电子显微镜分析以及力学性能测试等手段，我们对失效的样品进行了全面的分析。
结果与讨论经过实验和分析，我们得出了以下结论：1. 不同材质的金属薄板在失效时出现了不同的现象和特征。
不锈钢样品出现了明显的腐蚀和裂纹，铝合金样品则主要出现了疲劳断裂现象，而碳钢样品则表现出明显的临界应力失效。
2. 实验中发现，金属薄板在高温环境下容易发生热疲劳失效，而低温下则容易出现脆断裂。
这一点对于材料的设计和使用具有重要的指导意义。
3. 扫描电子显微镜分析结果显示，失效样品的断口表面呈现出不同的形态。
根据断口形貌，可以确定失效的类型，如拉伸断裂、剪切断裂、疲劳断裂等。
4. 失效的原因主要有外力加载、疲劳、应力集中和材料本身的缺陷等。
其中，应力集中是导致失效的主要原因之一，更好的设计和工艺可以减少应力集中，提高材料的使用寿命。
总结与展望通过本次实验，我们深入了解了失效分析的方法和步骤，并成功应用在金属薄板的研究中。
我们通过实验发现了不同材质金属薄板失效的规律和原因，并为改进材料的使用和设计提供了参考。
然而，本次实验还存在一些不足之处。
金属材料失效分析
失效分析机电工程学院何敏U n R e g i s t e r e d“失效分析”课程简介对广大同学而言，失效和失效分析也许是一个陌生的概念。
然而在我们的周围，大到各种机械零件，工程设备，运输机械，锅炉、压力容器等，小到生活、学习、娱乐场所的各类设施，我们手头的各种电子器件等等，不管你意识到没有，失效却总是在发生着。
失效——各类机电产品的机械零部件、微电子元件和仪器仪表等以及各种金属及其它材料形成的构件（工程上习惯地统称为零件，以下简称零件）都具有一定的功能，承担各种各样的工作任务，如承受载荷、传递能量、完成某种规定的动作等。
当这些零件失去了它应有的功能时，则称该零件失效。
失效给我们造成巨大的甚至是无法挽回的损失；而失效分析则可以有效地避免或减少这些损失。
U n R e g i s t e r e d11零件失效即失去其原有功能的含义包括三种情况：失效failure“失效”与“事故”要区分“失效”与“事故”，这是两个不同的概念。
事故是一种结果，其原因可能是失效引起的，也可能不是失效引起的。
同样，失效可能导致事故的发生，但也不一定就导致事故。
（1）零件由于断裂、腐蚀、磨损、变形等而完全丧失其功能；（2）零件在外部环境作用下，部分的失去其原有功能，虽然能够工作，但不能完成规定功能，如由于磨损导致尺寸超差等；（3）零件虽然能够工作，也能完成规定功能，但继续使用时，不能确保安全可靠性。
如经过长期高温运行的压力容器及其管道，其内部组织已经发生变化，当达到一定的运行时间，继续使用就存在开裂的可能。
U n R e g i s t e r e dU n R e g i st e r e dderetsigeRnUderetsigeRnU“失效分析”课程简介通常是指对失效产品为寻找失效原因和预防措施所进行的一切技术活动。
就是研究失效现象的特征和规律，从而找出失效的模式和原因。
失效分析是一门综合性的质量系统工程，是一门解决材料、工程结构、系统组元等质量问题的工程学。
金属材料失效分析
金属材料失效分析
金属材料失效分析是研究金属材料在使用过程中出现失效问题的原因和机理，并采取相应措施来预防和解决失效问题的一门学科。
金属材料在使用过程中可能会出现多种失效形式，如疲劳、腐蚀、断裂等。
疲劳失效是金属材料最常见的失效形式之一。
疲劳失效是由于金属材料在受到循环应力时，长期重复加载而导致的。
疲劳失效通常是一个缓慢的过程，在循环应力的作用下，金属材料会逐渐发生微观的裂纹，最终导致材料的破裂。
疲劳失效的原因主要有应力集中、金属材料的组织和形态不均匀、气候环境等。
金属材料的腐蚀失效是由于金属材料在与介质接触时出现化学反应而导致的。
腐蚀失效可以分为干腐蚀和湿腐蚀两种形式。
干腐蚀是指金属材料在干燥环境中与氧气、硫化物等产生反应，形成金属的氧化物或硫化物。
湿腐蚀是指金属材料在潮湿环境中与水、氯离子等产生反应，形成金属的氧化物或氯化物。
腐蚀失效的机理主要有电化学腐蚀、微生物腐蚀等。
断裂失效是指金属材料在受到外力作用时发生破裂。
断裂失效可以分为静态断裂和动态断裂两种形式。
静态断裂是指金属材料在受到静态负荷时的断裂，如在拉伸、弯曲等加载下发生的断裂。
动态断裂是指金属材料在受到冲击或振动等动态负荷时的断裂。
断裂失效的机理主要有裂纹的产生和扩展、金属的塑性变形等。
在金属材料失效分析中，需要进行金属材料的组织和性能分析、
失效现象的观察与分析、失效机理的研究等工作。
通过对金属材料失效的深入研究，可以提高金属材料的使用寿命，防止事故的发生。
金属材料失效分析
金属材料失效分析金属材料是工程中常用的材料之一，然而在使用过程中，金属材料可能会出现各种失效现象，如断裂、疲劳、腐蚀等。
对金属材料失效进行分析，可以帮助我们了解失效的原因，从而采取相应的措施来预防和解决失效问题。
首先，我们需要了解金属材料失效的分类。
金属材料失效可以分为静态失效和动态失效两种。
静态失效是指在受到静态载荷作用下，金属材料出现破坏的现象，如拉伸断裂、压缩变形等。
而动态失效则是指在受到动态载荷（如振动、冲击等）作用下，金属材料出现疲劳、冲击破坏等现象。
其次，金属材料失效的原因也是多种多样的。
其中，设计缺陷、材料缺陷、应力集中、环境腐蚀等是导致金属材料失效的常见原因。
在设计阶段，需要充分考虑材料的选择、零件的结构和应力分布等因素，以减少设计缺陷对金属材料失效的影响。
同时，在材料制造过程中，也需要控制材料的质量，避免材料缺陷对失效的影响。
此外，应力集中也是导致金属材料疲劳失效的重要原因，因此需要采取相应的措施来减轻应力集中的影响。
环境腐蚀则是导致金属材料腐蚀失效的主要原因之一，因此需要选择合适的防腐蚀措施来延缓金属材料的腐蚀速度。
另外，对金属材料失效进行分析，需要运用一些分析方法。
常见的分析方法包括金相分析、断口分析、应力分析等。
金相分析可以帮助我们了解金属材料的组织结构和性能，从而判断材料的质量和性能是否符合要求。
断口分析则可以通过对断口形貌的观察和分析，了解失效的原因和方式。
应力分析则可以帮助我们了解材料在不同载荷作用下的应力分布情况，从而对失效进行预测和分析。
综上所述，金属材料失效分析是工程中重要的一环，对于预防和解决金属材料失效问题具有重要意义。
通过对失效的分类、原因和分析方法的了解，可以帮助我们更好地预防和解决金属材料失效问题，从而保障工程的安全和可靠性。
希望本文的内容能够对您有所帮助，谢谢阅读！。
氯离子对不锈钢的腐蚀和腐蚀失效分析
氯离子对不锈钢的腐蚀和腐蚀失效分析引言：不锈钢以其优良的防腐性能被广泛应用于工业和日常生活领域。
然而，长期受到氯离子的侵蚀会导致不锈钢的腐蚀和腐蚀失效，从而影响其使用寿命和性能。
因此，深入研究氯离子对不锈钢的腐蚀机理和腐蚀失效分析对于提高不锈钢的抗腐蚀性能具有重要意义。
腐蚀机理：腐蚀失效分析：氯离子对不锈钢的腐蚀失效表现主要包括晶间腐蚀、点蚀、应力腐蚀开裂和均匀腐蚀。
晶间腐蚀是指在晶界处发生的腐蚀现象，由于晶界处氧化膜的缺陷，氯离子容易通过晶界进入金属基体，造成腐蚀。
点蚀是指在不锈钢表面形成局部的腐蚀坑，氯离子在这些局部缺陷处聚集形成小氯离子电池，导致具有负电荷的金属离子从中析出，从而形成小坑。
应力腐蚀开裂是指在受到应力作用的环境中，金属在存在氯离子的条件下发生腐蚀引起的开裂现象。
均匀腐蚀是不锈钢表面整体被氯离子侵蚀，形成均匀的腐蚀。
腐蚀防护措施：为了减少不锈钢的腐蚀和腐蚀失效，可以采取一系列的腐蚀防护措施：1.选择合适的钢种：合适的不锈钢钢种具有较高的耐腐蚀性能，可以更好地抵御氯离子的侵蚀。
2.表面处理：通过表面处理提高不锈钢的表面质量，增强其耐腐蚀性能。
如机械抛光、喷砂、酸洗等。
3.添加合适的合金元素：添加合适的合金元素，如钼、铬等，可以提高不锈钢的抗氯离子腐蚀性能。
4.制备氧化膜：在不锈钢表面形成致密的氧化膜，可以防止氯离子的进一步渗透。
5.控制环境中氯离子的浓度：控制环境中氯离子的浓度，降低氯离子对不锈钢的侵蚀程度。
结论：氯离子对不锈钢的腐蚀和腐蚀失效是由于氯离子穿透氧化膜与金属基体发生化学反应，导致不锈钢的电子流失和腐蚀加速。
腐蚀失效包括晶界腐蚀、点蚀、应力腐蚀开裂和均匀腐蚀。
为了提高不锈钢的抗腐蚀性能，可以采取选择合适钢种、表面处理、添加合金元素、制备氧化膜和控制环境中氯离子浓度等腐蚀防护措施。
深入研究氯离子对不锈钢腐蚀的机理和腐蚀失效分析，对于提高不锈钢的抗腐蚀性能具有重要意义。
腐蚀失效的基本类型
金属与其表面接触的介质发生反应而造成的损坏称为腐蚀。
腐蚀失效的特点是失效形式众多，失效机理复杂。
腐蚀失效占金属机械构件失效事故的比例相当高，仅次于疲劳断裂。
尤其是在化工、石油、电站、冶金等工业领域中，其腐蚀失效的事故较多，造成的损失是巨大的。
因此对腐蚀失效的研究和预防在失效分析中是非常重要的工作。
1、均匀腐蚀失效----是最常见的一种腐蚀，又称全面腐蚀失效。
它的特征是在整个暴露的金属构件表面或相当大的面积上发生化学或电化学反应而被腐蚀，构件由于腐蚀减薄而最终失效。
均匀腐蚀耗费掉大量金属材料，但比其它腐蚀失效的危险度小，比较容易进行预测和防腐，当金属材料减薄至一定程度后就进行更换，不至于造成突然断裂，对于均匀腐蚀常用腐蚀速率：毫米/年(mm/a)来表示。
均匀腐蚀的防护措施：选择合适的材料，可降低腐蚀速率。
在金属表面涂覆耐蚀涂层或镀层。
在工况介质许可情况下，在接触环境中添加缓蚀剂。
采用阴极保护。
2、电偶腐蚀----在电解质中，两种不同的金属相接触，由于电位不同，构成一个微电池，严重腐蚀发生在电极电位低的阳极上。
在机械构件最多见的是在异金属的管子接头处，异金属螺栓或铆钉的连接处，异金属焊料的焊接处。
如加热水箱或锅炉一般用钢板制成，外接水管若用铜管，则水箱和锅炉很快被腐蚀报废。
电偶腐蚀的重要影响因素----大阴极与小阳极，如一艘高级游艇用钢制铆钉铆接蒙乃尔合金制作的壳体，在海水中使用仅几周，铆钉被腐蚀掉，船解体沉没。
电偶腐蚀预防措施：（1）尽可能使用电极电位接近的异金属连接。
（2）避免使用大阴极、小阳极。
（3）异金属连接处采用加绝缘材料。
（4）表面采用涂层或镀层，与腐蚀介质隔离。
3、腐蚀疲劳：在具有腐蚀性的介质中，金属材料的疲劳极限（或疲劳强度）显著降低。
腐蚀疲劳的机理较为复杂，通常认为，腐蚀疲劳是一种局部腐蚀与周期交变载荷共同作用下引起开裂的一个复杂过程。
腐蚀疲劳开裂的影响因素：较应力腐蚀更为复杂。
除材料本身及环境介质外，受力因素也相当复杂，应力幅值和频率对其影响很大。
腐蚀失效的分类
腐蚀失效的分类金属是最重要的工业材料。
但是，金属在外界环境影响下常遭受化学和电化学的作用而引起腐蚀失效。
从热力学的观点来看，除少数的贵金属(如金、铂)外，各种金属都有与周围介质发生作用而转变成离子的倾向。
也就是说，金属受腐蚀是自然趋势。
因此，腐蚀失效现象是普遍存在的，钢铁结构在大气中生锈，海船外壳在海水中腐蚀，地下金属管道穿孔，热电厂锅炉损坏，化工厂金属容器损坏等等，都是金属腐蚀失效的例子。
据统计，1998年美国因腐蚀带来的经济损失高达2760亿美元，占美国GDP的3%以上。
世界航空业因腐蚀原因造成的民航飞机的破坏占总破坏量的40%～60%，其中不乏因腐蚀失效造成的航空事故。
由于材料表面与环境介质发生化学或电化学反应而引起的材料的破坏或变质称为材料的腐蚀。
腐蚀的分类方法很多，以下是两种常见的分类方法。
1.1 按腐蚀机理分类(1)化学腐蚀金属表面与周围介质发生化学作用而引起的破坏，其特点是在作用过程中没有电流产生。
金属在干燥气体中的腐蚀，金属在非电解质中的腐蚀都属于化学腐蚀。
(2)电化学腐蚀金属表面与周围介质发生电化学作用而引起的破坏。
其特点是介质中有能导电的电解质溶液存在，腐蚀过程中有电流产生。
这类腐蚀最普遍，包括：大气腐蚀、土壤腐蚀、海水腐蚀、电解质溶液腐蚀和熔融盐腐蚀。
1.2按腐蚀破坏的形式分类(1)均匀腐蚀在全部或大部分暴露的表面上发生的相对均匀的腐蚀，例如铝合金在碱性溶液里发生的腐蚀。
这类腐蚀容易分析和进行寿命预测，容易防护。
(2)局部腐蚀腐蚀主要局限于微小区域中。
局部腐蚀的腐蚀速度通常比均匀腐蚀大几个数量级，而且难以发现，可能导致灾难性失效，因此它的危害要比均匀腐蚀大得多。
局部腐蚀又可分为以下几类：点蚀、缝隙腐蚀、电偶腐蚀、晶间腐蚀、选择性腐蚀、磨损腐蚀、应力腐蚀、氢损伤和腐蚀疲劳。
还可以按腐蚀环境分类，如前所述的海水腐蚀、土壤腐蚀、大气腐蚀、电解质溶液腐蚀、熔融盐腐蚀，以及生物腐蚀、非电解质溶液的腐蚀、杂散电流腐蚀和高温腐蚀(氧化、硫化)等等。
金属构件失效分析
脆性断裂失效 构件在断裂之前没有发生或很少发生宏观 可见的塑性变形的断裂称为脆性断裂失效。 可见的塑性变形的断裂称为脆性断裂失效。 构件在交变载荷作用下， 疲劳断裂失效 构件在交变载荷作用下，经过一定的周期 后所发生的断裂称为疲劳断裂失效。 后所发生的断裂称为疲劳断裂失效。 腐蚀失效 腐蚀是材料表面与服投环境发生物理或化学的 反应，使材料发生损坏或变质的现象， 反应，使材料发生损坏或变质的现象，构件发生的腐蚀使其不 能发挥正常的功能则称为腐蚀失效。腐蚀有多种形式， 能发挥正常的功能则称为腐蚀失效。腐蚀有多种形式，有均匀 均匀腐蚀和只在局部地方出现的局部腐蚀， 遍及构件表面的均匀腐蚀和只在局部地方出现的局部腐蚀 遍及构件表面的均匀腐蚀和只在局部地方出现的局部腐蚀，局 部腐蚀又有点腐蚀、晶间腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀开裂、 部腐蚀又有点腐蚀、晶间腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀开裂、腐 蚀疲劳等。 蚀疲劳等。
Hale Waihona Puke • 选材不当及材料缺陷金属装备及构件的材料选择要遵循使用性原则、 金属装备及构件的材料选择要遵循使用性原则、加工工艺 使用性原则 性能原则及经济性原则，遵循使用性原则是首先要考虑的。 性能原则及经济性原则，遵循使用性原则是首先要考虑的。使 用在特定环境中的构件， 用在特定环境中的构件，对可预见的失效形式要为其选择足够 的抵抗失效的能力。 对韧性材料可能产生的屈服变形或断裂， 的抵抗失效的能力。如对韧性材料可能产生的屈服变形或断裂， 应该选择足够的拉伸强度和屈服强度； 应该选择足够的拉伸强度和屈服强度；但对可能产生的脆性断 疲劳及应力腐蚀开裂的环境条件， 裂、疲劳及应力腐蚀开裂的环境条件，高强度的材料往往适得 其反。在符合使用性能的原则下选取的结构材料， 其反。在符合使用性能的原则下选取的结构材料，对构件的成 形要有好的加工工艺性能。在保证构件使用性能、 形要有好的加工工艺性能。在保证构件使用性能、加工工艺性 能要求的前题下，经济性也是必须考虑的。 能要求的前题下，经济性也是必须考虑的。
金属材料的失效分析及预防措施
金属材料的失效分析及预防措施金属材料广泛应用于各行各业的生产制造中，无论是建筑、汽车、航空、电子等领域，都有它的身影。
然而，在长期使用过程中，金属材料的失效问题也逐渐凸显出来。
本文将从失效分类、失效原因及预防措施等方面进行阐述。
一、失效分类金属材料的失效可分为三种类型，即塑性失效、疲劳失效、腐蚀失效。
塑性失效是指金属材料在受到极限载荷时失去了所需的强度和韧性。
塑性失效的表现形式是材料出现塑性变形和局部断裂，导致材料无法承载更大的荷载。
疲劳失效是由于材料长期受到重复载荷而引起的损坏现象，表现形式是材料出现微小的疲劳裂纹，逐渐扩展至材料疲劳断裂。
疲劳失效是金属材料使用寿命最主要的影响因素。
腐蚀失效是指金属材料在各种腐蚀介质中被破坏的现象，腐蚀失效不仅可以削弱材料的机械性能，还会严重影响材料的外观质量和安全性。
二、失效原因1. 缺陷金属材料中的缺陷主要包括气孔、夹杂、裂纹等，这些缺陷会极大地影响金属材料的机械性能，尤其是抗拉强度和韧性。
缺陷的产生一般由于生产过程中制造不当，产品加工时的人为因素或金属材料的裂纹扩展等情况导致。
2. 微观结构金属材料的微观结构是影响金属材料力学性能和疲劳性能的关键因素。
包括晶粒大小、晶界、孪晶、位错等等。
严重的晶界变异、加工硬化和冷处理等诸多因素都会引起失效。
3. 环境因素金属材料在各种环境介质中失效的机制不同。
一般来说，金属材料在高温、潮湿、腐蚀和氧化介质中失效更为明显。
高温介质下，金属材料的力学性能、结构和化学性质都发生了变化，包括晶体生长、晶粒长大、孪晶形成等。
潮湿介质下，金属材料很容易发生腐蚀失效。
三、预防措施1. 提高金属材料的强度和韧性针对塑性失效和疲劳失效，我们应该采取措施提高材料的强度和韧性。
具体包括选择高质量的原材料、严格掌握生产制造过程，领先的材料设计和成型技术，科学的表面处理和热处理等。
2. 减少金属材料中的缺陷针对金属材料中存在的缺陷，我们可以采取一系列措施，如选择有良好制造工艺和管理制度的优秀供应商，提高产品生产工艺，采用超声波探伤、磁粉探伤等无损检测技术。
失效分析简述
失效分析提高机械产品信誉，必须使机械产品牢固可靠，可是在技术上要求机械产品达到100％的可靠性是不可能的，所以要求尽可能地降低机械产品的事故率。
因为机械产品在使用过程中常常发生断裂、变形、磨损、腐蚀等失效现象的发生，找出失效原因和提出改进措施，必须开展失效分析实例的研究。
目前，随着现代科学技术的飞跃发展，失效分析已经成为一门综合性学科。
它不仅与断裂力学、断裂物理、断口学等学科相关联，而且还涉及产品质量全面管理等领域。
失效1失效的基本概念失效是指机械或机械零件在使用过程中（或者是在使用前的试验过程中），由于尺寸、形状、材料的性能或组织发生变化而引起的机械或机械零件部件不能完满地完成指定的功能，或者机械构件丧失了原设计功能的现象。
常见的失效形式可分为下列四种：弹性变形失效；塑性变形失效；破断或断裂失效；材料变化引起的失效。
机械或机械零部件失效部位可出现如下两种情况：物体内部缺陷引起的失效；物体表面缺陷引起的失效。
2 失效的形式及其类型失效的分类比较复杂，在这里不可能一一作介绍，本文按失效机理将失效分为：断裂失效；变形失效；磨损失效；腐蚀失效等四种类型。
（1）断裂失效(其中包括破断失效)断裂是指金属，或合金材料，或机械产品的一个具有有限面积的几何表面的分离过程。
它是个动态的变化过程，包括裂纹的萌生及扩展过程。
断裂失效是指机械构件由于断裂而引起的机械设备产品不能完成原设计所指定的功能。
断裂失效类型有如下几种：①解理断裂失效；②韧窝破断失效；③准解理断裂失效；④滑移分离失效；⑤疲劳断裂失效；⑥蠕变断裂失效；⑦应力腐蚀断裂失效；⑧液态或固态金属脆性断裂失效；⑨氢脆断裂失效；⑩沿晶断裂失效；○11其他断裂失效等。
（2）变形失效所谓变形通常是指机械构件在外力作用下，其形状和尺寸发生变化的现象。
从微观上讲是指金属材料在外力作用下，其晶格产生畸变。
若外力消除，晶格畸变亦消除时，这种变形为弹性变形；若外力消除，晶格不能恢复原样，即畸变不能消除时，称这种变形为塑性变形。
腐蚀失效分析方法及对策
目 录
一、引言 二、失效分析的目的 三、失效分析应用的主要测试技术及设备 四、失效分析一般步骤 五、失效的主要原因 六、常见的一些 SCC 产生、机理、规律及对策 七、腐蚀失效的预防措施 八、腐蚀失效分析案例 九、腐蚀失效工作展望
1
一、引言——腐蚀的危害性 从热力学观点看，金属腐蚀是一种自由能降低的自发过程，到处 可见。 1. 腐蚀给国民经济带来巨大损失 全世界每年因腐蚀报废的设备约相当于年产量 30%， 腐蚀造成的 损失高达国民经济总产值的 2-5%， 是水灾、 风灾和地震灾害总和的 5 倍。 我国每年腐蚀造成的损失 1000-1500 亿 RMB。 化工设备破坏 60% 由于腐蚀引起，其中 70%属局部腐蚀。油气田腐蚀往往由于高温、高 压、高流速、严重腐蚀介质的服役条件而尤显突出，表 1 列出我国油 气田的一些腐蚀损失统计数字。 表1 油井管柱、地面管线腐蚀危害数据统计
特长
四、失效分析一般步骤 1. 背景资料的收集和选样（现场和服役条件调查） (1) 失效构件的制造、加工及组装资料 机械加工 冷成型、拉伸、弯曲、机加工、抛光、研磨 热 加 工 热处理、焊接、铜焊或钎焊工艺
化学加工 清洗、电镀或镀层 材料类别及生产方法 碳钢、低合金钢…… 挤压、锻造、铸造、轧制、粉未压制等 构件类型及尺寸 阀、热交换器、管线…… (2) 工作历史 载荷 正常和反常载荷、过载、循环载荷、应力类型（弯曲、 振荡、震动……） 环境 （包括容器/管道内外）溶液成分、浓度、PH 值、温 度、流速、流态、运行中暴露区域（持续浸泡、飞溅
1989-1992 年石油管材失效事故及原因统计结果（中国）
事故发生次数 所占比例
机械损伤
表3
国家（地区） 美国 德国
失效分析3-3(2014修改)
2）对被保护金属施加阴极电流，使金属的 电位降至其平衡电位。
二、点腐蚀与缝隙腐蚀
1. 机理和特征
形成机理共同点： 通过形成一个局部闭塞电池的过程而发生 闭塞电池：孔蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀的发展阶段
，由于几何形状限制了孔中溶液和外部溶液之间的 质量转移，导致空穴内溶液的组分、浓度、pH值、 电位发生变化，因而引起反应加速，具有自催化性 质（自催化电池） 不同点： 闭塞电池的形成过程不同
（a）铆接 （b） 法兰连接 （c） 污垢沉积
缝隙腐蚀示意图
漆膜下也会发生缝隙的丝状腐蚀，海生物附着面 里的腐蚀是特殊的缝隙腐蚀形式
海生物藤壶引起钢的缝隙腐蚀
藤壶底部缝隙腐蚀形态
形态区别： 点腐蚀：
蚀坑窄而深（形状多种，半球形、椭圆、杯形、袋形）；
只出现在构件表面局部，有较分散，有较密集，有很高的阴 阳极面积比，腐蚀孔向深度穿进速度很快；
世界腐蚀损失巨大 • 1937年美国壳牌公司(Shell Company)在比利时布鲁塞尔
举办的一次腐蚀展览会上放了如下一块展牌： 当你读此展牌时，760公斤铁已被腐蚀掉，即当你用不到5 秒钟的时间读这块牌时，大约一吨铁已被腐蚀掉了。
可以推算，世界每年因腐蚀造成的金属材料损失至少1亿 吨以上，腐蚀损失占各国GDP的2-4%。
2. 实例及判断
失效实例： 堆在露天仓库的钢筋、钢材、钢制构件布满铁锈 靠近海岸常年不加表面保护的拉杆 碳钢接触稀硫酸
失效判断： 从外观及腐蚀速率分析易判断
2.一般防护措施
选择合适的耐均匀腐蚀材料； 在金属表面施以耐蚀涂层、镀层； 在工况介质许可的条件下，在接触的
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金属腐蚀失效分析46.2.7 氢损伤氢损伤指的是金属材料由于含有氢或与氢相互作用而导致力学性能变坏的现象。
按照氢损伤发生的温度条件可以分为氢脆与氢腐蚀；按照氢损伤是否可以通过消氢处理恢复材料原来的力学性能分为可逆与不可逆氢损伤。
①氢脆。
氢脆可以包括氢压裂纹（钢中白点、H2S诱发裂纹、焊接冷裂纹和充氢或酸洗裂纹）、和氢致滞后断裂等。
图23和图24是低合金钢的氢脆断口形貌。
图23 16MnR氢致混合断口图24 16MnR氢致断口表面的氢鼓泡②氢致相变导致的氢脆。
很多金属能形成稳定的氢化物。
氢化物是一种脆性中间相，一旦有氢化物析出，材料的塑性和韧性就会下降，即氢化物析出导致材料变脆。
氢化物脆、氢致马氏体相变是一种氢致相变引起的氢脆。
大量实验表明，不稳定型奥氏体不锈钢在电解充氢时会发生氢致马氏体相变，形成ε相或α/相马氏体，一般认为，氢致马氏体相变的本质和冷加工诱发马氏体相变相同。
氢还能使奥氏体的层错能下降。
图25是不稳定型奥氏体不锈钢在H2S溶液中充氢形成氢致马氏体的金相组织形态及开裂后断口的氢致马氏体形态。
a）氢致马氏体的金相组织形态 b）开裂后断口的氢致马氏体形态图25奥氏体不锈钢在H2S溶液中充氢形成氢致马氏体的金相组织形态及开裂后断口的氢致马氏体形态。
③氢致滞后断裂。
在恒载荷（或恒位移）条件下，原子氢通过应力诱导扩散富集到临界值后就引起氢致裂纹的形核、扩展从而导致低应力断裂的现象称为氢致滞后断裂。
所谓滞后是指氢扩散富集到临界值需要经过一段时间，故加载后要经过一定时间后氢致裂纹才会形核和扩展。
如把原子氢除去后就不会发生滞后断裂，故它也是可逆的。
无论是慢应变速率拉伸（氢致可逆塑性损失）还是恒载荷下的氢致滞后断裂，氢致断裂可能获得韧性断口，称为氢致（促进）韧断，这时断口形貌是韧窝（它是韧断标志），见图26；也可能获得脆性断口（沿晶、解理或准解理）见27图。
氢致断口，也可能存在不同的形貌区。
如断口起始部分（K1小）为沿晶，中间扩展部分为准解理，最后瞬断部分为韧窝。
不充氢的断口一般是以韧窝为主；随充入的氢量升高，沿晶和准解理部分增加。
图26氢致断裂可能获得韧性断口，韧窝底部有夹杂a）韧性与脆性混合断口 b）脆性解理断口图27氢致断裂脆性断口（沿晶、解理或准解理）④氢腐蚀。
氢腐蚀实质是氢致化学变化导致的氢脆。
在高温高压下氢进入钢中后与碳化物反应生成甲烷，形成的CH4分子不能从钢中扩散出来，就在晶界夹杂物处形成气泡，并有很大压力。
随着CH4的不断形成，气泡不断长大，当气泡中CH4的压力大于材料在该温度下的强度时就会使气泡转化成裂纹。
环境H2的压力愈高，温度愈高，则甲烷气泡中的压力就愈大，当甲烷气泡中的压力等于材料的断裂强度时就会导致微裂纹形核。
与此同时，生成甲烷的反应使钢形成脱碳，降低了钢的强度。
6.2.8 腐蚀疲劳在交变应力和腐蚀介质同时作用下，金属的疲劳强度或疲劳寿命比无腐蚀作用时有所降低，这种现象叫做腐蚀疲劳。
这里所谓“无腐蚀作用”，一般是指在空气中金属的疲劳行为。
设应力交变的频率为f,应力为σ，它们与腐蚀（C）条件有如下五种组合：（1）σ＝0，f=0，C＞0——腐蚀（2）σ≥σb，f=0，C＝0——形变断裂（3）σ≥σcp，f＞0，C=0——疲劳（4）σ≥σc，f=0，C＞0——应力腐蚀（5）σ≥σcf，f＞0，C＞0——腐蚀疲劳其中σb、σcp、σc和σcf分别为材料的抗拉强度、疲劳强度（疲劳极限）、应力腐蚀临界应力（应力门槛值）和腐蚀疲劳强度。
因此，腐蚀疲劳与疲劳、应力腐蚀的关系密切，并且比它们复杂。
应当强调指出，交变应力必须和腐蚀介质同时作用才能引起腐蚀疲劳。
腐蚀疲劳不要求特定的材料和介质组合，这是和应力腐蚀破裂不同的。
腐蚀疲劳与应力腐蚀破裂的一些主要区别如表7所示。
表7 腐蚀疲劳与应力腐蚀破裂的一些主要区别具有应力腐蚀破裂敏感性的材料，受交变应力作用时，如果应力半幅在能产生应力腐蚀破裂的临界值以下，则只能产生腐蚀疲劳；如果高于应力腐蚀破裂的临界应力，随着应力交变速度的降低，可能产生应力腐蚀破裂与腐蚀疲劳混合存在的情况。
腐蚀疲劳断裂有其自己的特征。
除了最终造成断裂的一条主裂纹以外，还存在着大量的支裂纹。
如图28所示。
图28 腐蚀疲劳断裂裂纹走向示意图疲劳断口由疲劳裂纹扩展区(简称疲劳区)和瞬时断裂区组成。
在疲劳区微观特征是具有略带弯曲但大致平行的疲劳条纹(与裂纹扩展方向垂直)，条纹间距取决于应力循环的振幅。
图29所示。
a）42CrMo轴疲劳断裂的宏观疲劳条纹b）42CrMo轴疲劳断裂的疲劳条纹图29 42CrMo轴疲劳断裂的疲劳条纹常规疲劳因裂纹两侧断面相互摩擦而呈光亮的贝壳状或海滩状平行的条纹，而腐蚀疲劳的这部分断口却常被腐蚀产物弄脏而发暗：这种特征可作为疲劳与腐蚀疲劳的判据，但腐蚀疲劳的条纹有时模糊些（图30）。
图30 取热器换热外管开裂断口的腐蚀疲劳的条纹，表面有一层氧化膜所以条纹模糊一些6.2.9冲刷腐蚀冲刷腐蚀又称磨损腐蚀和磨耗腐蚀，是指溶液与材料以较高速度作相对运动时，冲刷和腐蚀共同引起的材料表面损伤现象。
这种损伤要比冲刷或腐蚀单独存在时所造成的损伤的加和大得多。
这是因为冲刷与腐蚀互相促进的缘故。
广义的冲刷腐蚀包括湍流腐蚀（又名冲击腐蚀）、空蚀、摩振腐蚀（又称微动磨损和微动腐蚀）等。
①冲击腐蚀（湍流腐蚀）在冲刷腐蚀中，特别把主要由于金属构件几何形状变化而使较高流速溶液产生湍流造成的金属表面破坏叫做湍流腐蚀，又叫做冲击腐蚀。
例如溶液流经管道弯头、或涡轮机涡壳和叶片时，都能产生湍流腐蚀。
冲击腐蚀的破坏其特征是形成光滑的没有腐蚀产物的沟槽或回流凹陷，蚀孔常常象细小的马蹄印（马逆流行走时留下的蹄印），因而从破坏形貌上可看出液体流的方向（图31）。
图31冲击腐蚀的破坏形貌示意图②空泡腐蚀空泡腐蚀即空蚀，空蚀破坏在金属表面下产生了加工硬化层，空蚀点附近可产生裂纹。
在空蚀破坏的性质方面，机械冲击作用比电化学作用为大。
空泡腐蚀属于冲击腐蚀的特殊形式。
如水轮机叶片、船艇推进器高速转动时，在叶片表面所引起的流体压力分布是不均匀的，当液体压力降到常温水的蒸汽压以下时就发生“沸腾”而产生气泡。
此气泡沿叶面流动，在压力高的地方发生瞬时破灭。
气泡破灭时产生的冲击压力极大，形成高压的冲击波，在空泡的形成和破灭多次循环中所引起的金属累积损伤。
③微动腐蚀在有氧气存在的条件下，金属构件若沿着受载荷而紧密接触的面有轻微的振动或往返的相对运动，使在接触面上出现黑斑、小坑或细槽现象，即称之为微动腐蚀。
这种腐蚀现象涉及到三个过程：冷焊、局部断裂和氧化。
在受压的金属表面上，由于轻微的振动或往返的相对运动摩擦生热使某些微小突起部分发生了冷焊；随后沿接触面的相对运动，使冷焊区局部断裂，形成微小的金属碎片，而摩擦热又氧化这些碎片。
在接触面上形成黑斑、小坑或细槽，并积存了氧化物碎屑。
这个机理强调了磨损。
大多数金属表面部有一层氧化膜，某些微小突起部分的氧化膜在高压下局部破裂成碎片，暴露出的新鲜金属表面或者重新氧化，或者冷焊；接触面的相对位移，使冷焊区或氧化膜局部断裂，摩擦热又氧化金属碎片或新鲜金属面。
这个机理强调了氧化。
图32是微动腐蚀两种机理示意图。
a 微动腐蚀磨损-氧化机理b 氧化 -微动腐蚀磨损机理图32 微动腐蚀两种机理示意图接触面必须受到摩擦，才会发生冷焊；沿接触面必须有微小的相对运动才会发生局部断裂，产生碎片，才会使这些碎片积存在接触面；氧气的存在才能在摩擦热的作用下氧化金属。
作为金属腐蚀失效的断口，除了以上的断裂基本特点以外，断口表面或多或少的存在各种形态的腐蚀产物。
这些腐蚀产物一方面提供了金属腐蚀失效过程中腐蚀介质的重要信息；另一方面也可能带有属于各种腐蚀断裂的断口特征形态，即断口学中常常用到的断口花样。
例如在前面图30的取热器换热外管腐蚀疲劳断口表面的腐蚀产物的形态就显示了明确的腐蚀疲劳的特征条纹花样。
当对断口进行清洗之后，在断口表面只剩下解理断口的花样。
关于这一点，在应力腐蚀的腐蚀产物楔入引起裂纹扩展过程中也可能会出现。
如果忽略了这方面的问题，就会给断口分析带来不必要的麻烦甚至得出错误的分析结果。
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