[机械电子]金属的应力腐蚀和氢脆断裂
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6 金属的应力腐蚀和氢脆断裂
举例
低碳钢,低合金钢— 低碳钢,低合金钢—碱脆,硝脆; 高强度钢 钛合金 不锈钢— 不锈钢—氯脆; 铜合金— 铜合金—氨脆; 高强度铝合金— 高强度铝合金—脆裂.
2,产生条件
应力:静应力远低于材料的屈服强度,且 一般为拉应力.包括工作应力和残余应力. 化学介质:一定材料对应一定的化学介质; 如黄铜—氨气氛,不锈钢— 如黄铜—氨气氛,不锈钢—氯离子的腐蚀 介质,低碳钢— 介质,低碳钢—碱脆. 金属材料:纯金属一般不会产生应力腐蚀, 合金对应力腐蚀都比较敏感,不同的合金 成分,敏感性不同.
四,防止应力腐蚀的措施
应力腐蚀是通过阳极溶解的过程进行的. 应力腐蚀机理就是滑移— 应力腐蚀机理就是滑移—溶解理论.它 可以简单地归结为四个过程,即滑移— 可以简单地归结为四个过程,即滑移— 膜破—阳极溶解— 膜破—阳极溶解—再钝化. 防止应力腐蚀的方法要视具体的材料— 防止应力腐蚀的方法要视具体的材料— 介质而定.
2,应力腐蚀临界应力场强度因子KISCC 应力腐蚀临界应力场强度因子K
定义:在特定介质中不发生应力腐蚀断裂 的最大应力场强度因子. 含宏观裂纹的试样,恒定载荷,特定介质, 测KI~tf曲线. KISCC值的测定:1) 恒载荷法:使KI不断增 值的测定:1) 恒载荷法:使K 大的方法,最常用的是恒载荷的悬臂梁弯 曲试验装置.2) 恒位移法:使K 曲试验装置.2) 恒位移法:使KI不断减少, 用紧凑拉伸试样和螺栓加载.
防止应力腐蚀的措施
1,合理选择金属材料:正确选材,选用 KISCC较高的合金. 2,减少或消除机件中的残余拉应力:主要是 应力集中,注意工艺措施. 3,改善化学介质. 4,采用电化学保护:使金属远离电化学腐蚀 区域.一般采用阴极保护法,但高强度钢 或其它氢脆敏感的材料不宜采用.
第六章 金属的应力腐蚀与氢脆断裂
第六章金属的应力腐蚀与氢脆断裂Chapter 6 Stress Corrosion and Hydrogen Embrittlement ofMetals第一节概述(Brief introduction)1、定义（Definition）在应力和环境介质的共同作用下，金属构件产生破坏行为按其受力情况与破坏方式的不同可分为以下三种基本类型。
应力腐蚀——金属构件在静态或准静态拉应力和环境介质的共同作用下，经过一定的时间后而产生的低应力脆断称为应力腐蚀（SCC）；（包括低碳钢的碱脆、低碳钢的硝脆、奥氏体不锈钢的氯脆和低合金高强度钢的氢脆等）腐蚀疲劳——金属构件在交变应力和环境介质的共同作用下，经过一定的时间后而产生的断裂称为腐蚀疲劳；腐蚀磨损——金属构件在环境介质作用下还受机械摩擦，或者由于腐蚀介质的直接冲刷等引起表面磨损的现象腐蚀磨损。
由于金属的应力腐蚀现象更为普遍，并且其破坏原理更为复杂，氢脆也是极为重要的一种破坏方式，因此本章重点以应力腐蚀和氢脆为主。
同时由于这类腐蚀大多为低应力脆断，因此具有很多的危险性，同时随着航空、原子能、石油化工等工业的迅速发展，这类腐蚀越来越多，因此有必要进行研究。
第二节应力腐蚀（Stress corrosion）（一）应力腐蚀现象及其产生条件(Stress corrosion phenomenon and engendering condition)应力和环境综合作用的结果，其效果不是两者的简单迭加。
绝大多数金属材料在一定介质下都有应力腐蚀倾向。
如：1）低碳及低合金钢的碱脆与硝脆；2）奥氏体不绣钢的氯脆；3）铜合金的氨脆；4）高强度铝合金在空气、蒸馏水中的脆断；5）低合金高强度钢及不锈钢的氢脆等。
可见产生应力腐蚀的条件是：应力、介质及合金的材料（纯金属不会产生应力腐蚀）。
（二）应力腐蚀断裂机理及断口形貌特征（Fracture mechanism and morphology of stress corrosion）1、断裂机理（Fracture mechanism）目前断裂机理有多种理论，至今尚未得到统一，但主要以阳极溶解为基础的钝化膜破坏理论为主。
应力腐蚀断裂和氢脆
海川流浪人应力腐蚀断裂和氢脆金属材料的两种经常有关而又有别的被破坏（或断裂）的现象。
应力腐蚀断裂(SCC) 是应力与腐蚀介质协同作用下引起的金属断裂现象（见金属腐蚀）。
它有三个主要特征:①应力腐蚀断裂是时间的函数。
拉伸应力越大,则断裂所需时间越短；断裂所需应力一般都低于材料的屈服强度。
这种应力包括外加载荷产生的应力、残余应力、腐蚀产物的楔形应力等。
②腐蚀介质是特定的，只有某些金属-介质的组合（见表发生应力腐蚀断裂的典型体系──金属与腐蚀介质的组合）情况下，才会发生应力腐蚀断裂。
若无应力，金属在其特定腐蚀介质中的腐蚀速度是微小的。
③断裂速度在纯腐蚀及纯力学破坏之间，断口一般为脆断型。
氢脆(HE) 又称氢致开裂或氢损伤，是一种由于金属材料中氢引起的材料塑性下降、开裂或损伤的现象。
所谓“损伤”，是指材料的力学性能下降。
在氢脆情况下会发生“滞后破坏”，因为这种破坏需要经历一定时间才发生。
氢的来源有“内含”的及“外来”的两种：前者指材料在冶炼及随后的机械制造（如焊接、酸洗、电镀等）过程中所吸收的氢；而后者是指材料在致氢环境的使用过程中所吸收的氢（见金属中氢）。
致氢环境既包括含有氢的气体,如H□、H□S；也包括金属在水溶液中腐蚀时阴极过程所放出的氢。
金属的应力腐蚀断裂和氢脆是两种既经常相关而又不同的现象。
在高温高压氢气中结构件的开裂，既是HE，又是SCC；水溶液中应力腐蚀时,若阴极过程析出的氢对断裂起了决定性作用，则这种破坏既是SCC，也是HE;这两个实例便位于图1应力腐蚀断裂(SCC)和氢脆(HE)关系的示意所示的重叠区内。
试验方法和工程参量应力腐蚀试验一般采用光滑或缺口试样，固定环境条件（即腐蚀介质和温度），采用断裂为临界点、测定固定应力下的断裂时间（□□）或固定□□下的断裂应力(□□),用□□的长短或□□的高低,来衡量材料抗应力腐蚀断裂能力的大小。
70年代以来，人们广泛地运用了断裂力学研究应力腐蚀断裂；用预制裂纹的试样进行应力腐蚀试验,如图2断裂时间□□与应力场强度因子(□□)之间的关系所示。
材料力学性能课件(金属的应力腐蚀和氢脆断裂)PPT课件
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�来自第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。
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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。
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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
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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
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材料力学性能�来自第6章 金属的应力腐蚀与氢脆断裂
6
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（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。
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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。
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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。
第六章金属的应力腐蚀和氢脆断裂
应力σscc ➢ 不能客观反映SCC抗力
tf=t裂纹形成(90%tf)+t扩展
中国石油大学 China University of Petroleum
材料性能学 Property of Materials
不能反映实际SCC抗力?
实际存在裂纹 断裂力学原理，预制裂纹，引入KI的概念 →应力腐蚀临界应力场强度因子KISCC
材料性能学 Property of Materials
§6.1 金属腐蚀概述
一、定义
金属与腐蚀介质相互接触由于化学或电化学原 因使材料遭受破坏或性能恶化的过程。
本质： 金属（高能态） → 化合物（低能态） △G﹤0， 自发过程 不可逆过程
中国石油大学 China University of Petroleum
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材料性能学 Property of Materials
SCC（Stress Corrosion Cracking）
材料类型
腐蚀介质类型
低碳(低合金)钢
苛性碱溶液 含硝酸根离子介质
奥氏体不锈钢
含氯离子介质
铜合金
氨气介质
高强铝合金
材料性能学 Property of Materials
金属在25度时的标准电极电位EO（V，SHE）
电极反应
K=K++e Na=Na++e Mg=Mg2++2e Al=Al3++3e Ti=Ti2++2e Mn=Mn2++2e Cr=Cr2++2e Zn=Zn2++2e Cr=Cr3++3e Fe=Fe2++2e Cd=Cd2++2e Mn=Mn3++3e Co=Co2++2e
tf=t裂纹形成(90%tf)+t扩展
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材料性能学 Property of Materials
不能反映实际SCC抗力?
实际存在裂纹 断裂力学原理，预制裂纹，引入KI的概念 →应力腐蚀临界应力场强度因子KISCC
材料性能学 Property of Materials
§6.1 金属腐蚀概述
一、定义
金属与腐蚀介质相互接触由于化学或电化学原 因使材料遭受破坏或性能恶化的过程。
本质： 金属（高能态） → 化合物（低能态） △G﹤0， 自发过程 不可逆过程
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材料性能学 Property of Materials
SCC（Stress Corrosion Cracking）
材料类型
腐蚀介质类型
低碳(低合金)钢
苛性碱溶液 含硝酸根离子介质
奥氏体不锈钢
含氯离子介质
铜合金
氨气介质
高强铝合金
材料性能学 Property of Materials
金属在25度时的标准电极电位EO（V，SHE）
电极反应
K=K++e Na=Na++e Mg=Mg2++2e Al=Al3++3e Ti=Ti2++2e Mn=Mn2++2e Cr=Cr2++2e Zn=Zn2++2e Cr=Cr3++3e Fe=Fe2++2e Cd=Cd2++2e Mn=Mn3++3e Co=Co2++2e
金属的应力腐蚀和氢脆断裂
显然：KI初≥KISCC为金属材料在应力腐蚀 条件下的断裂判据
• 测定金属材料的KIscc可用 恒载荷法或恒位移KI初， 一般用恒载荷法。
• 整个试验过程中载荷恒定， 随着裂纹的扩展，裂纹尖
端KI增大，可用下式计算：
KI
4.12M BW 3/ 2
1
[
3
3 ]1/ 2
• 其中α＝1－a/W，M=FL
• 应力腐蚀断裂SCC：拉应力和特定介质共同作
用下所引起的断裂 • • 一．应力腐蚀断裂的条件及特征 • 1、应力腐蚀现象 低碳钢和低合金钢在苛性碱溶液中的“碱脆”和在含
有硝酸根离子介质中的“硝脆”。 奥氏体不锈钢在含有氯离子介质中的“氯脆”。 铜合金在氨气介质中的氨脆。
2、产生条件
（1）应力：机件所承受的应力包括工作应力和 残余应力。在化学介质诱导开裂过程起作用 的是拉应力，且产生应力腐蚀的应力不一定 很大。
• 可按下式将腐蚀的失重指标换算成腐蚀的深度指 标：
• VL= V-×24×365×10-3/ρ= V-×8.76/ρ • VL－腐蚀的深度指标 mm/a （毫米/年） • ρ－金属的密度 g/cm3
• （3）均匀腐蚀金属耐蚀性的评定 • 对于均匀腐蚀的金属材料，耐蚀性等级的划分大
多采用深度指标，但金属腐蚀深度一般是随时间变 化的，所以从腐蚀手册查到的资料难以精确地反映 出实际情况，因此选用评定标准时，应考虑实际情 况和使用期限。
1、均匀腐蚀的程度与评定方法
• （1）腐蚀速度的质量指标
• 金属因腐蚀而发生质量变化，在失重时是指腐蚀前的 质量与清除腐蚀产物后的质量之间的差值1
S t
• V-－失重时的腐蚀速度g/m2h
• W0－金属初始质量 • W1－清除腐蚀产物后的质量 • S－金属的表面积 t－腐蚀时间
• 测定金属材料的KIscc可用 恒载荷法或恒位移KI初， 一般用恒载荷法。
• 整个试验过程中载荷恒定， 随着裂纹的扩展，裂纹尖
端KI增大，可用下式计算：
KI
4.12M BW 3/ 2
1
[
3
3 ]1/ 2
• 其中α＝1－a/W，M=FL
• 应力腐蚀断裂SCC：拉应力和特定介质共同作
用下所引起的断裂 • • 一．应力腐蚀断裂的条件及特征 • 1、应力腐蚀现象 低碳钢和低合金钢在苛性碱溶液中的“碱脆”和在含
有硝酸根离子介质中的“硝脆”。 奥氏体不锈钢在含有氯离子介质中的“氯脆”。 铜合金在氨气介质中的氨脆。
2、产生条件
（1）应力：机件所承受的应力包括工作应力和 残余应力。在化学介质诱导开裂过程起作用 的是拉应力，且产生应力腐蚀的应力不一定 很大。
• 可按下式将腐蚀的失重指标换算成腐蚀的深度指 标：
• VL= V-×24×365×10-3/ρ= V-×8.76/ρ • VL－腐蚀的深度指标 mm/a （毫米/年） • ρ－金属的密度 g/cm3
• （3）均匀腐蚀金属耐蚀性的评定 • 对于均匀腐蚀的金属材料，耐蚀性等级的划分大
多采用深度指标，但金属腐蚀深度一般是随时间变 化的，所以从腐蚀手册查到的资料难以精确地反映 出实际情况，因此选用评定标准时，应考虑实际情 况和使用期限。
1、均匀腐蚀的程度与评定方法
• （1）腐蚀速度的质量指标
• 金属因腐蚀而发生质量变化，在失重时是指腐蚀前的 质量与清除腐蚀产物后的质量之间的差值1
S t
• V-－失重时的腐蚀速度g/m2h
• W0－金属初始质量 • W1－清除腐蚀产物后的质量 • S－金属的表面积 t－腐蚀时间
第7章_金属的应力腐蚀和氢脆断裂
不足道。 第Ⅰ阶段：当KI超过KIscc时裂纹突然加速扩展，
da/dt－KI曲线几乎与纵坐标轴平行。da/dt 值小， 但受K之影响较大。
第II段出现水平线段，da/dt 决定于环境而受应力强
度的影响较小,第II阶段时间越长，材料抗应力腐蚀
性能越好。若通过实验测出某种材料在第II阶段的
da/dt值及第二阶段结束时的KI值，就可估算出机件
22
三、钢的氢致延滞断裂机理
• 三个阶段：孕育，裂纹亚稳扩展，失稳扩展阶段。
• 孕育期：α－Fe晶格中氢原子数量↑+迁移+偏聚
• 1）氢气团导致裂纹
•
氢固溶于α－Fe晶格，存在刃型位错的应力场时，氢原子与位错交互作用，
迁移到位错线附近的拉应力区，形成氢气团。 气团随位错运动，当其遇到障
碍时产生位错塞积，同时氢原子在塞积区聚集。若应力足够大，则在位错塞积
貌也是完全脆性的。 （2）断口往往是粗糙的。 （3）在亚稳扩展区可见腐蚀产物带来的颜色变化（黑色或灰
黑色），但深裂纹的裂夹区颜色可能很浅，不易为肉 眼辨认。 （4）由于断裂总是从与介质接触的表面开始，故启裂区表面 附近的断口颜色最深，有时由于腐蚀进展的变化会在 断口上留下海滩花样。 （5）与介质接触表面往往有点蚀或蚀斑。 （6）应注意，有腐蚀产物不是判定应力腐蚀的充分条件。因 为也有可能由于别的机制导致断裂后，断口受到随后 的腐蚀。
2、力学因素：减小残余拉应力，尽可能增加残余压 应力。
3、材质因素：降低含氢量，细化组织。合理选择制 备和热处理工艺
27
28
21
3、氢化物致脆 与氢有较大亲和力的ⅣB、ⅤB族金属，极易生成脆性氢化
物，氢化物很硬、脆，与基体结合不牢。使金属脆化。 晶粒粗大，氢化物呈薄片状→较大应力集中→危害大 晶粒细小，氢化物块状不连续分布→危害小 4、氢导致延滞断裂 定义：由于适量以固溶形式存在的氢，金属在低于屈服强
da/dt－KI曲线几乎与纵坐标轴平行。da/dt 值小， 但受K之影响较大。
第II段出现水平线段，da/dt 决定于环境而受应力强
度的影响较小,第II阶段时间越长，材料抗应力腐蚀
性能越好。若通过实验测出某种材料在第II阶段的
da/dt值及第二阶段结束时的KI值，就可估算出机件
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三、钢的氢致延滞断裂机理
• 三个阶段：孕育，裂纹亚稳扩展，失稳扩展阶段。
• 孕育期：α－Fe晶格中氢原子数量↑+迁移+偏聚
• 1）氢气团导致裂纹
•
氢固溶于α－Fe晶格，存在刃型位错的应力场时，氢原子与位错交互作用，
迁移到位错线附近的拉应力区，形成氢气团。 气团随位错运动，当其遇到障
碍时产生位错塞积，同时氢原子在塞积区聚集。若应力足够大，则在位错塞积
貌也是完全脆性的。 （2）断口往往是粗糙的。 （3）在亚稳扩展区可见腐蚀产物带来的颜色变化（黑色或灰
黑色），但深裂纹的裂夹区颜色可能很浅，不易为肉 眼辨认。 （4）由于断裂总是从与介质接触的表面开始，故启裂区表面 附近的断口颜色最深，有时由于腐蚀进展的变化会在 断口上留下海滩花样。 （5）与介质接触表面往往有点蚀或蚀斑。 （6）应注意，有腐蚀产物不是判定应力腐蚀的充分条件。因 为也有可能由于别的机制导致断裂后，断口受到随后 的腐蚀。
2、力学因素：减小残余拉应力，尽可能增加残余压 应力。
3、材质因素：降低含氢量，细化组织。合理选择制 备和热处理工艺
27
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3、氢化物致脆 与氢有较大亲和力的ⅣB、ⅤB族金属，极易生成脆性氢化
物，氢化物很硬、脆，与基体结合不牢。使金属脆化。 晶粒粗大，氢化物呈薄片状→较大应力集中→危害大 晶粒细小，氢化物块状不连续分布→危害小 4、氢导致延滞断裂 定义：由于适量以固溶形式存在的氢，金属在低于屈服强
第6章_金属的应力腐蚀和氢脆断裂
6.1 应力腐蚀
一、定义：
应力腐蚀断裂： 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。
实际服役的零件通常承受的应力水平较低，介质 的腐蚀作用也较弱，它们单独存在时，零件可能 不会失效。但在二者联合作用下，失效则发生。
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叠加所造成 的，而是在应力和化学介质的联合作用下，按特有 机理产生的断裂。其断裂强度比单个因素分别作用 后再叠加起来的要低得多。
6.1 应力腐蚀
二、应力腐蚀断裂产生的条件及特征
1、拉应力是产生应力腐蚀断裂的必要条件 拉应力可来自外载（工作应力），也可以来自各 种残余应力，如焊接、冷加工、热处理等引起的 残余应力。
2、产生应力腐蚀的环境总是存在化学介质 介质的腐蚀性一般都很弱，若无拉应力作用，材 料在介质中的腐蚀速度很慢，甚至可在金属表面 形成保护膜而不产生应力腐蚀断裂。只有在介质 与拉应力同时作用下，才产生强烈的应力腐蚀。 而且，产生应力腐蚀的介质一般都是特定的，即 每种材料只对某些介质敏感，而该介质对其它材 料可能没有明显作用。
3、金属材料中只有合金才产生应力腐蚀，一般纯金 属不会发生应力腐蚀。所有合金对应力腐蚀都有 不同程度的敏感性。
4、应力腐蚀是一种延迟断裂，即在拉应力作用下， 需经一定时间后才产生裂纹和裂纹扩展。
5、应力腐蚀断裂一般是脆性的，不产生宏观塑性变 形。其断口可为沿晶、穿晶和混合型断裂。多数
情况下，以沿晶断裂为主。
一、氢脆的概念
由氢和应力联合作用而使材料产生脆性断 裂的现象谓之氢脆断裂，简称氢脆，亦称氢损 伤。
二、氢脆产生原因
• 氢脆的产生可有多种途径。在应力腐蚀过程 中，除在阳极产生金属溶解外，若同时在阴极 发生 H++eH 的反应生成原子氢，则会使氢 吸附在金属表面。
材料力学性能金属的应力腐蚀和氢脆
镍基合金
热浓NaOH溶液，HF溶 液和蒸汽
发烟硝酸，300℃以上旳
钛合金 氯化物，潮湿性空气及海
水
（3）一般以为，纯金属不会产生应力腐蚀，全部合金相应 力腐蚀都有不同程度旳敏感性，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。
但在每—种合金系列中，都有相应力腐蚀敏感旳合金成 份。例如，铝镁合金中当镁旳质量分数不小于4％，相应力 腐蚀很敏感；而镁旳质量分数不不小于4％时，则不论热处 理条件怎样，它几乎都具有抗应力腐蚀旳能力。
第六章金属旳应力腐蚀和氢脆断裂
金属工件在加工过程中往往产生残余应力，在服役过程中 又承受外加载荷，假如与周围环境中多种化学介质或氢相接 触，便会产生特殊旳断裂现象，其中主要有应力腐蚀断裂和 氢脆断裂等，这些断裂形式大多为低应力脆断，具有很大旳 危险性。
本单元主要简介应力腐蚀、氢脆和腐蚀疲劳产生旳原因、 断裂特征和影响原因等，简介金属材料抵抗应力腐蚀、氢脆 和疲劳腐蚀断裂旳力学性能指标及预防其断裂旳措施。
➢ 与脆性断口相同。沿晶断裂，晶界面上有许多撕裂棱。 ➢ 实际断口裂纹扩展途径和KI有关：
KI高，穿晶韧窝； KI中，准解理； KI低，沿晶
➢ 断裂类型与杂质含量有关 杂质高——沿晶断裂 杂质低——穿晶断裂
三、钢旳HIC机理
高强钢HIC三阶段：
1）孕育阶段（[H]钢中迁移[H]偏聚裂纹）
➢ 三个环节：氢原子进入钢中、氢在钢中旳迁移和氢旳 偏聚。 → 需要时间
腐蚀； 2.造成应力腐蚀破坏旳应力为极小应力。
钢丝应力腐蚀与一般拉应力断裂比较
二、应力腐蚀产生旳条件
（1）只有在拉伸应力作用下才干引起应力腐蚀开裂( 近年来，也发觉在不锈钢中能够有压应力引起)。
第06章金属的应力腐蚀和氢脆断裂-材料力学性能
对应力腐蚀不敏感的合金成分。如：铝镁合金中当 含镁量超过 4 ％，对应力腐蚀很敏感，而镁含量小 于 4 ％时，无论热处理条件如何，它几乎都具有抗 腐蚀的能力。又如，钢中在含碳量在 0.12％左右时，
应力腐蚀敏感性最大。
7
二、应力腐蚀断裂机理和断口形貌特征
（一）应力腐蚀断裂机理 机理有多种，目前还没有一种理论能够解释所 有的应力腐蚀断裂现象，应力腐蚀断裂最基本的机 理是滑移溶解理论（或称钝化膜破坏理论）和氢脆
的水平部分所对应的ΚⅠ初值即为材料的ΚⅠscc。
14
2、应力腐蚀裂纹扩展速率da/dt
当应力腐蚀裂纹尖端的 KI>KISCC时，裂纹就会
不断扩展。
单位时间内裂纹的扩展量称为应力腐蚀裂纹 扩展速率，da/dt。
da lg K dt
关系曲线分三个阶段（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ或初
始、稳定、失稳），如图6-7所示。
理论。
在此仅介绍两种为多数人接受的应力腐蚀开裂 理论。 1、以阳极溶解为基础的钝化膜破坏理论 如图所示。 （该理论只能很好地解释沿晶断裂
的应力腐蚀）
8
2、晶界微电池溶解理论
在 γ 体护环钢的龟裂现象中发现：沉淀于晶界
的碳化物其实为类似珠光体的结构，该结构与介质
形成微电池并迅速溶解，导致脆断。断裂过程分为
第Ⅱ阶段时间越长材料抵抗应力腐蚀性能越好。
由图6-7中第Ⅱ阶段的da/dt—KI两个数值的关系，
可以估算机件的剩余寿命。
15
四、防止应力腐蚀的措施
从导致应力腐蚀的三要素（三个条件）下手。 1、合理选择金属材料 根据机件所承受的应力和接触的化学介质，选 用耐应力腐蚀的金属材料（避开灵敏材料）。即选
用KⅠscc较高的合金。
应力腐蚀敏感性最大。
7
二、应力腐蚀断裂机理和断口形貌特征
（一）应力腐蚀断裂机理 机理有多种，目前还没有一种理论能够解释所 有的应力腐蚀断裂现象，应力腐蚀断裂最基本的机 理是滑移溶解理论（或称钝化膜破坏理论）和氢脆
的水平部分所对应的ΚⅠ初值即为材料的ΚⅠscc。
14
2、应力腐蚀裂纹扩展速率da/dt
当应力腐蚀裂纹尖端的 KI>KISCC时，裂纹就会
不断扩展。
单位时间内裂纹的扩展量称为应力腐蚀裂纹 扩展速率，da/dt。
da lg K dt
关系曲线分三个阶段（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ或初
始、稳定、失稳），如图6-7所示。
理论。
在此仅介绍两种为多数人接受的应力腐蚀开裂 理论。 1、以阳极溶解为基础的钝化膜破坏理论 如图所示。 （该理论只能很好地解释沿晶断裂
的应力腐蚀）
8
2、晶界微电池溶解理论
在 γ 体护环钢的龟裂现象中发现：沉淀于晶界
的碳化物其实为类似珠光体的结构，该结构与介质
形成微电池并迅速溶解，导致脆断。断裂过程分为
第Ⅱ阶段时间越长材料抵抗应力腐蚀性能越好。
由图6-7中第Ⅱ阶段的da/dt—KI两个数值的关系，
可以估算机件的剩余寿命。
15
四、防止应力腐蚀的措施
从导致应力腐蚀的三要素（三个条件）下手。 1、合理选择金属材料 根据机件所承受的应力和接触的化学介质，选 用耐应力腐蚀的金属材料（避开灵敏材料）。即选
用KⅠscc较高的合金。
金属的应力腐蚀和氢脆断裂
§6-2 氢脆
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（简称氢脆） 一、氢在金属中存在的形式 内含的（冶炼和加工中带入的氢）； 外来的（工作中，吸H）。 间隙原子状 固溶在金属中； 分子状 气泡中； 化学物（氢化物）。
二、氢脆类型及其特征
1、氢蚀（或称气蚀） 高压气泡（H2，CH4） 宏观断口：呈氧化色，颗粒状（沿晶）； 微观断口：晶界明显加宽，沿晶断裂。 2）白点（发裂） 氢的溶解度↓，形成气泡体积↑，将金属的局 部胀裂。 宏观：断面呈圆形或椭圆形，颜色为银白色。 甚至有白线。
二、应力腐蚀
1、机理 滑移——溶解理论（钝化膜破坏 理论） a）应力作用下，滑移台阶露头 且钝化膜破裂（在表面或裂纹 面）； b）电化学腐蚀（有钝化膜的金 属为阴极，新鲜金属为阳极）； c）应力集中，使阳极电极电位 降低，加大腐蚀； d）若应力集中始终存在，则微 电池反应不断进行，钝化膜不能 恢复。则裂纹逐步向纵深扩展。 （该理论只能很好地解释沿晶断 裂的应力腐蚀）
2、断口特征
宏观：有亚稳扩展区， 最后瞬断区（与疲劳 裂纹相似）；断口呈 黑色或灰色。 微观：显微裂纹呈枯树 枝状；腐蚀坑；沿晶 断裂和穿晶断裂。 （见图6-2，和p2）
三、力学性能指标
用常规方法测定的 σSCC～tf曲 线，得到的σSCC不能客观地 反映材料的应力腐蚀抗力。 1、临界应力场强度因子KISCC 恒定载荷，特定介质，测 KI~tf曲线。 将不发生应力腐蚀断裂的最 大应力场强度因子，称为应 力腐蚀临界应力场强度因子。
2、裂纹扩展速度da/dt
KI>KISCC，裂纹扩 展，速率da/dt da/dt~ KI |曲线上 的三个阶段（初始、 稳定、失稳）由 （图6-7，P152） 可以估算机件的剩 余寿命。
第7章_金属的应力腐蚀和氢脆断裂
8
2）应力腐蚀断口微观特征
（1）若腐蚀产物不是很厚或被清洗掉后，在适当（如数百倍）倍率
下，沿晶断口的形貌是颗粒状。
（2）穿晶型的应力腐蚀断口有羽毛状花样或明显的类似解理形貌。 （3）在腐蚀产物很厚的情况下，断口形貌可能被掩盖。
（4）腐蚀产物的形貌同金属基体形貌不同，常见的是“泥状花样”
的腐蚀产物。 （5）清洗过的SCC断口能看出被腐蚀的迹象，尤其是沿晶型，更易 辨认，这是同单纯氢脆及其它沿晶断口相区别的重要依据。
20
二、氢脆类型及其特征
1、氢蚀(气蚀) • 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。 • 宏观断口形貌：呈氧化色，颗粒状。 • 微观：晶界明显加宽，呈沿晶断裂。 2、白点（发裂） • H过量时，随温度降低合金中H的溶解度降低，容易形成H2, 使H的体积增加形成很大的内压力撕裂金属局部形成裂纹。 这些裂纹的断面呈圆形或椭圆形，为银白色，因此成为白 点。白点是一种严重的缺陷，降低材料的性能。 • 减弱或消除的方法：精炼除气、锻后缓冷或等温退火，以 及加入一些微量元素。
9
3）应力腐蚀断裂途径
(1) 根据金属和合金的种类及介 质不同， SCC 可以是沿晶的 或穿晶的： 碳钢和铬不锈钢多系沿晶 奥氏体不锈钢多为穿晶 铝、钛、镍也多为沿晶 但也有例外的。 (2)裂纹扩展的宏观方向与应力 有关，大体垂直于主应力， 但裂纹常有分叉现象，呈枯 树枝状。
10
三、应力腐蚀抗力指标
22
三、钢的氢致延滞断裂机理
• 三个阶段：孕育，裂纹亚稳扩展，失稳扩展阶段。
•
• •
孕育期：α－Fe晶格中氢原子数量↑+迁移+偏聚
1）氢气团导致裂纹 氢固溶于α－Fe晶格，存在刃型位错的应力场时，氢原子与位错交互作用， 迁移到位错线附近的拉应力区，形成氢气团。 气团随位错运动，当其遇到障
2）应力腐蚀断口微观特征
（1）若腐蚀产物不是很厚或被清洗掉后，在适当（如数百倍）倍率
下，沿晶断口的形貌是颗粒状。
（2）穿晶型的应力腐蚀断口有羽毛状花样或明显的类似解理形貌。 （3）在腐蚀产物很厚的情况下，断口形貌可能被掩盖。
（4）腐蚀产物的形貌同金属基体形貌不同，常见的是“泥状花样”
的腐蚀产物。 （5）清洗过的SCC断口能看出被腐蚀的迹象，尤其是沿晶型，更易 辨认，这是同单纯氢脆及其它沿晶断口相区别的重要依据。
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二、氢脆类型及其特征
1、氢蚀(气蚀) • 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。 • 宏观断口形貌：呈氧化色，颗粒状。 • 微观：晶界明显加宽，呈沿晶断裂。 2、白点（发裂） • H过量时，随温度降低合金中H的溶解度降低，容易形成H2, 使H的体积增加形成很大的内压力撕裂金属局部形成裂纹。 这些裂纹的断面呈圆形或椭圆形，为银白色，因此成为白 点。白点是一种严重的缺陷，降低材料的性能。 • 减弱或消除的方法：精炼除气、锻后缓冷或等温退火，以 及加入一些微量元素。
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3）应力腐蚀断裂途径
(1) 根据金属和合金的种类及介 质不同， SCC 可以是沿晶的 或穿晶的： 碳钢和铬不锈钢多系沿晶 奥氏体不锈钢多为穿晶 铝、钛、镍也多为沿晶 但也有例外的。 (2)裂纹扩展的宏观方向与应力 有关，大体垂直于主应力， 但裂纹常有分叉现象，呈枯 树枝状。
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三、应力腐蚀抗力指标
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三、钢的氢致延滞断裂机理
• 三个阶段：孕育，裂纹亚稳扩展，失稳扩展阶段。
•
• •
孕育期：α－Fe晶格中氢原子数量↑+迁移+偏聚
1）氢气团导致裂纹 氢固溶于α－Fe晶格，存在刃型位错的应力场时，氢原子与位错交互作用， 迁移到位错线附近的拉应力区，形成氢气团。 气团随位错运动，当其遇到障
(推荐)氢脆与应力腐蚀断裂的比较
三、氢脆与应力腐蚀断裂的比较应力腐蚀与氢脆往往同时发生。
因此，要从机理上把应力腐蚀与氢脆清晰区分开来是困难的。
但是从预防的角度来看，区分他们又十分必要，因此，可以作如下的分析（表5-2）。
表5-2 氢脆与应力腐蚀断裂异同应力腐蚀开裂氢脆产生条件1临界值以上的拉应力或低速度应力临界值以上的拉应力（三轴应力）2合金发生。
而纯金属不发生合金与某些纯金属都能发生3一种合金只对少数特定化学介质是敏感的。
其数量和浓度不一定大只要含氢或能产生氢（酸洗、电镀）的情况都能发生4发生温度从室温到300℃从-100～100℃5无应力时合金对环境是惰性的无应力时合金对环境是惰性的6阳极反应阴极反应7采用阴极防护能明显改善阴极极化反而促进氢脆8受应力作用时间支配不明显9对金属组织敏感对金属组织敏感10不同的σs有不同的门槛值不同的σs有不同的含氢量外观形貌特征1裂纹从表面开始。
断口不平整裂纹从次表面或内部开始。
断口较平整2裂纹分叉，有二次裂纹几乎不分叉，有二次裂纹3裂纹张开度小裂纹不张开4裂纹萌生处可能有腐蚀产物，但不一定有点蚀裂纹萌生点在内部与点蚀无关5裂纹萌生点可能是一个或多个裂纹萌生点可能是一个或多个6裂纹不一定在应力集中处萌生裂纹多在三轴应力区萌生7多数为沿晶、奥氏体不锈钢为穿晶断口多数为沿晶8沿晶断口上有腐蚀产物断口上没有腐蚀9与轧制方向无关对轧制方向敏感（注：专业文档是经验性极强的领域，无法思考和涵盖全面，素材和资料部分来自网络，供参考。
可复制、编制，期待你的好评与关注）。
氢脆与应力腐蚀断裂的比较
三、氢脆与应力腐蚀断裂的比较
应力腐蚀与氢脆往往同时发生。
因此，要从机理上把应力腐蚀与氢脆清晰区分开来是困难的。
但是从预防的角度来看，区分他们又十分必要，因此，可以作如下的分析（表5-2）。
表5-2 氢脆与应力腐蚀断裂异同
? 应力腐蚀开裂氢脆
产生条件1临界值以上的拉应力或低速度应力
临界值以上的拉应力
（三轴应力）
2合金发生。
而纯金属不发生
合金与某些纯金属都能
发生
3
一种合金只对少数特定化学介质是
敏感的。
其数量和浓度不一定大
只要含氢或能产生氢
（酸洗、电镀）的情况
都能发生
4发生温度从室温到300℃从-100～100℃
5无应力时合金对环境是惰性的
无应力时合金对环境是
惰性的
6阳极反应阴极反应
7采用阴极防护能明显改善阴极极化反而促进氢脆8受应力作用时间支配不明显。
第7章 应力腐蚀和氢脆断裂
12
二、应力腐蚀断裂机理及断口形貌特征
13
应力腐蚀断裂机理
应力腐蚀断裂最基本机理：是滑移－溶解理论(或称钝化膜 破坏理论)和氢脆理论。
对应力腐蚀敏感的合金在特定化学介质中， （1）表面先形成一层钝化膜，使金属不致进一步受到腐蚀，
即处于钝化态。若无应力作用，金属不会发生腐蚀破坏。
（2）若有拉应力作用，则 可使裂纹尖端产生局部塑 性变形，滑移台阶在表面 露头时钝化膜破裂，显露 出新鲜表面。
1
2
第一章 应力腐蚀和氢脆断裂
3
第一节 应力腐蚀
4
金属机件在加工过程中常会产生残余应力，在服役过程中 又承受外加载荷，同时又与周围环境中各种化学介质或氢相 接触，便会产个特殊的断裂现象，这就有应力腐蚀断裂和氢 脆断裂等。
这些断裂形式大多为低应力脆断，具有很大的危险性。
随着航空航天、海洋、原子能发电、石油、化工等工业的迅 速发展，对金属材料强度的要求越来越高，接触的化学介质 的条件越加苛刻，致使上述各种断裂形式逐年增多。
（原来存在或从环境介质中吸收），在低于屈服强度的应力 持续作用下，经过一段时间（孕育）后，在金属内部，特别 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。
这种因氢的作用而产生的延迟断裂称为“氢致延迟断裂”。 工程上所说“氢脆”：大多数是指这类氢脆。
32
氢致延滞断裂特点
氢致延滞断裂特点： 1）只在一定温度范围内出现； 如高强度钢多在－100～ 150℃间，而以室温下最敏感。
若裂纹尖端应力集中始终存在， 则微电池反应便不断进行，钝 化膜不能恢复，裂纹将逐步向 纵深扩展。
15
应力腐蚀断裂机理
应力腐蚀过程，衡量腐蚀速度的腐蚀电流I 可表示为：
金属的应力腐蚀和氢脆断裂
（二） 应力腐蚀裂纹扩展速率da/dt
当应力腐蚀裂纹尖端的 KⅠ > KⅠscc 时，裂纹就 会不断扩展。单位时间内 裂纹的扩展量叫做应力腐 蚀裂纹扩展速率，用da/dt 表示。实验证明，da/dt 与 KⅠ有关。即
da / dt f KⅠ
在 lg(da/dt )－KⅠ坐标 图上，其关系曲线如图6-7 所示。
思考题
1. 解释下列名词 ⑴ 应力腐蚀 ； ⑵ 氢蚀 ； ⑶ 白点； ⑷ 氢化物致脆； ⑸ 氢致延滞断裂。 2. 说明下列力学性能指标的意义： ⑴ scc ；⑵ KⅠscc ；⑶ KⅠHEC ；⑷ da/dt。 3. 试述金属产生应力腐蚀的条件和机理 4. 分析应力腐蚀裂纹扩展速率 da/dt 与 KⅠ关系曲线， 并与疲劳裂纹扩展速率曲线进行比较。
曲线可分为三个阶段: 第Ⅰ阶段 当 KⅠ 刚超过 KⅠscc时，裂纹经过一 段孕育期后突然加速扩展，da/dt －KⅠ曲线几乎与 纵坐标轴平行。 第Ⅱ阶段 曲线出现水平线段，da/dt 与 KⅠ 几乎无关。因为这时裂纹尖端发生分叉现象，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 又明显地依赖于 KⅠ，da/dt 随 KⅠ增大而急剧增大。 这时材料进入失稳扩展的过渡区。当 KⅠ 达到 KⅠscc 时便失稳扩展而断裂。 第Ⅱ阶段时间越长，材料抗应力腐蚀性能越好。
四、氢致延滞断裂与应力腐蚀的关系
应力腐蚀与氢致 延滞断裂都是由于应 力和化学介质共同作 用而产生的延滞断裂 现象，两者关系十分 密切。图6-13所示为 钢在特定化学介质中 产生应力腐蚀与氢致 延滞断裂的电化学原 理图。
五、防止氢脆的措施
氢致延滞断裂与环境因素、力学因素及 材质因素三方面有关，因此可从这三个方面 来防止。 1.环境因素 2.力学因素 3.材质因素
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2. 白点（发裂）
当钢中含有过量的氢肘，随着温度降低， 氢在钢中的溶解度减小。如果过饱和的氢未 能扩散逸出，便聚集在某些缺陷处而形成氢 分子。此时。氢的体积发生急剧膨胀，内压 力很大足以将金属局部撕裂，而形成微裂纹。 这种微裂纹的断面呈圆形或椭圆形，颜色为 银白色。故称为白点。
图6-9为10CrNiMoV钢锻材调质后纵断面上 的白点形貌
（二）. 应力腐蚀断口特征
应力腐蚀的显微裂纹如 图6-2所示，常有分叉现象， 呈枯树枝状。这表明，在应 力腐蚀时，有一主裂纹扩展 较快，其它分支裂纹扩展较 慢。根据这一特征可以将应 力腐蚀与腐蚀疲劳、晶间腐 蚀以及其它形式的断裂区分 开来。
断口的微观形貌丁般为沿晶断裂，也可 能为穿晶解理断裂。其表面可见到“泥状花 样”的腐蚀产物(图6-4a)及腐蚀坑(图6-4b)。
，特别适于单件、成批生产企业使用 。马鞍 车床在 马鞍槽 内可加 工较大 直径工 件。机 床导轨 经淬硬 并精磨 ，操作 方便可 靠。车 床具有 功率大 、转速 高
，刚性强、精度高、噪音低等特点。
12.仪表车床
仪表车床属于简单的卧式车床，一般来 说最大 工件加 工直径 在250mm以下 的机床 ，多属 于
一、应力腐蚀现象及其产生条件
1. 应力腐蚀现象
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(Stress Corrosion Cracking，缩写办SCC)。
2. 产生条件
应力、化学介质和金属材料三者是产生应力腐 蚀的条件。
⑴ 应力 在化学介质诱导开裂过程中起作用的是拉应力。 ⑵ 化学介质 只有在特定的化学介质中，某种金属材料才能
HRC62-65。约为45号钢硬度的2.7倍 。具有 一定的 红热硬 度，耐 温程度 可达560－600摄氏度 。韧性 和加工 机能较 好。高 速钢刀 具制造 简朴， 刃磨利 便，
为精车刀之用，但因红硬性不如硬质 合金， 故不易 用于高 速切削 。高速 钢材料 有带黑 皮的和 表面磨 光的两 种；前 者是未 经热处 理的高 速钢， 后者是 经
3. 氢化ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ致脆
对于ⅣB或ⅤBV族金属（如纯钛、α－铁合金、 钒、锆、铌及其合金）。由于它们与氢有较大的亲 和力，极易生成氢化物，便金属脆化。
金属材料对氢化物造成的氢脆敏感性随温度降 低及机件上缺口的尖锐程度增加而增加。
氢化物的形状和分布对金属的变脆有明显影响。 若晶粒粗大，氢化物在晶界上呈薄片状，极易产生 较大的应力集中。危害很大，若晶粒较细，氢化物 多呈块状不连续分布，对金属危害不太大。
强度高达100-170公斤每立方毫米；但 性脆、 韧性差 、怕振 ；这些 缺点， 可通过 刃磨公 道的角 度予以 克服。 因此， 硬质合 金被广 泛应用 车刀
常用车刀种类
1、 尖形车刀 2、圆弧形车刀
3、成形车刀
4、机夹可转位不重磨车刀
5、切槽刀（切断刀）
常用车刀用途
①可转位刀片代码。从刀具的材料应用 方面， 数控机 床用刀 具材料 主要是 各类硬 质合金 。从刀 具的结 构方面 ，数控 机床主 要采用 镶嵌式 机夹可 转
图6-5为某种钛合金的预制裂纹试样在恒载荷下， 于3.5%NaCl水溶液中进行应力腐蚀试验的结果。
试样在特定化学介质中不发生应力腐蚀断裂的、 最大应力场强 度因子称为应 力腐蚀临界应 力场强度因子 (或称为应力腐 蚀门槛值)，以
表示。
KⅠscc
对于含有裂纹的机件，当作用于裂纹尖端的初
始应力场强度因 KⅠ初 ≤ KⅠsc时c ，原始裂纹在化学介
产生应力腐蚀。 ⑶ 金属材料 一般认为，纯金属不会产生应力腐蚀，所有合
金对应力腐蚀都有不同程度的敏感性。
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
关于在应力和化学介质联合作用下裂纹的形成 和扩展问题，有多种理论，至今尚未得到统一的见 解。下面着重介绍以 阳极溶解为基础的钝 化膜破坏理论。如图 6-1所示。
金属的应力腐蚀和氢脆断裂
金属机件在加工过程中往往产生残余应力， 在服役过程中又承受外加载荷，如国与周围环 境中各种化学介质或氢相接触，便会产生特殊 的断裂现象，其中主要有应力腐蚀断裂和氢脆 断裂等。
6.1 应力腐蚀
6.2 氢脆
6.1 应力腐蚀
一、应力腐蚀现象及其产生条件 二、应力腐蚀断裂机理及断口形貌特征 三、应力腐蚀抗力指标 四、防止应力腐蚀的措施
制造业的重要标志之一，在中国制造 业中， 数控机 床的应 用也越 来越广 泛，是 一个企 业综合 实力的 体现。 数控车 床是数 字程序 控制车 床的简 称，它 集
通用性好的万能型车床、加工精度高 的精密 型车床 和加工 效率高 的专用 型车床 的特点 于一身 ，是国 内使用 量最大 ，覆盖 面最广 的一种 数控机 床。 11.马鞍车床
备下列三种基本机能： 车刀 1.冷硬性－在常温时的硬度，又名耐磨 性。
2.红硬性－在高温下还能保持切削所需 的硬度 。
3.韧性－能
承受振动和冲击负荷的机能。
高速钢(又名风钢、锋钢或白钢)
高速钢是一种含钨和铬较多的合金 钢。近 年来我 国试制 成功了 B202无 铬高速
钢、B201无钴特种高速钢，B212、B214无钴 超硬高 速钢及 B211、 B213低钴高 机能高 速钢。 节约了 价值昂 贵的稀 有金属 。高速 钢的机 能：硬 度较高 ，
4. 氢致延滞断裂
高强度钢或α+β钛合金中，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。
顶住工件，防止它掉下来砸坏车床， 如发现 工件的 位置不 正确或 歪斜， 切忌用 力敲击 ，以免 影响车 床主轴 的精度 ，必须 先将夹 爪、压 板或顶 针略微 松
开，再进行有步骤的校正。 工具和车刀的安放
（二） 应力腐蚀裂纹扩展速率da/dt
当应力腐蚀裂纹尖端的 K Ⅰ > KⅠscc 时，裂纹就
位刀片的刀具。因此，对硬质合金可 转位刀 片的运 用是数 控机床 操纵者 必需了 解的内 容之一 。
选用机夹式可转位刀片，首先要了 解可转 位刀片 型
号表示规则。按国际尺度ISO 1832—1985，可转位刀片的代码表 示方法 是由10位字符 串组成 的，其 排列如 下在一 般情况 下，第8和9位 的代码 在有要 求
仪表车床。仪表车床分为普通型、六 角型和 精整型 。这种 车床主 要由工 人手工 操作， 适用于 单件、 简单零 部件的 大批生 产。 编辑本段车刀
车刀是车床加工必不可少的部分。车刀 是由刀 头和刀 杆两部 门组成 。刀杆 一般是 碳素结 构钢制 成。刀 头是担 任切削 工作的 ，所使 用的材 料必需 具
时才填写。此外，各公司可以另外掭 加一些 符号， 用连接 号将其 与ISO代码相 连接(如 一PF代 表断屑 槽型) 。可转 位刀片 用于车 、铣、 钻、镗 等不同 的加
工方式，其代码的详细内容也略有不 同。
②可转位刀片的断屑槽槽形。为满足切 削能断 屑、排 屑流畅 、加工 表面质 量好、 切削刃 耐磨等 综合性 要
一、氢在金属中的存在形式
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(简称氢脆)。
金属中氢的来源可分为“内含的”和“外来的” 两种。前者是指金属在熔炼过程中及随后的加工制 造过程(如焊接、酸洗、电镀等，中吸收的氢；后者 则是金属机件在服役时环境介质中含有的氢。
氢在金属中可以有几种不同的存在形式。
二、氢脆类型及其特征
1. 氢腐蚀 2. 白点（发裂） 3. 氢化物致脆 4. 氢致延滞断裂
1. 氢腐蚀
这是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。 对碳钢来说，温度低于220℃ 时，不产生氢蚀。
氢蚀断裂的宏观断口形貌呈氧化色，颗 粒状。微观断口上品界明显加宽，呈沿晶断 裂。
第Ⅱ阶段时间越长，材料抗应力腐蚀性能越好。
四、防止应力腐蚀的措施
从产生应力腐蚀条件可知，防止应力腐蚀的措 施，主要是合理选择金属材料，减少或消除机件中 残余拉应力及改变化学介质条件。
1.合理选择金属材料 2.减少或消除机件中的残余拉应力 3.改善化学介质 4.采用电化学保护
6.2 氢脆
一、氢在金属中的存在形式 二、氢脆类型及其特征 三、钢的氢致延滞断裂机理 四、氢致延滞断裂与应力腐蚀的关系 五、防止氢脆的措施
热处理的高速钢，又叫作白钢。
硬质合金 硬质合金由难熔材料的碳化钨、碳 化钛和 钴的粉 末，在 高压下 成形， 经1350－1560摄氏度 高温烧
结而成的。具有极高的硬度，常温下 可达HR A92， 仅次于 金刚石 ；红硬 性很好 ，在1000摄氏 度左右 仍能保 持良好 的切削 机能； 具有较 高使用 强度， 抗弯
质和力的共同作用下不会扩展，机件可以安全服役。
因此
≥KⅠ初 为K金Ⅰsc属c 材料在应力腐蚀条件下的断
裂判据。
测定金属材料的 KⅠscc
值可用恒载荷或恒位移法。 其中以恒载荷的悬臂梁弯 曲试验法最常用。 如图6-7所示。
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10.数控车床 数控机床是一种通过数字信息，控制机 床按给 定的运 动轨迹 ，进行 自动加 工的机 电一体 化的加 工装备 ，经过 半个世 纪的发 展，数 控机床 已是现 代
三、应力腐蚀抗力指标
通常用光滑试样在拉应力和化学介质共同作用 下，依据发生断裂的持续时间来评定金属材料的抗 应力腐蚀性能。如图6-5， 从而求出该种材料不 发生应力腐蚀的临界 应力，据此来研究合 金元素、组织结构及 化学介质对材料应力 腐蚀敏感性的影响。