材料腐蚀与防护第七讲应力作用下的腐蚀
《材料腐蚀与防护》习题与思考题
《材料腐蚀与防护》习题与思考题第一章绪论1．何谓腐蚀？为何提出几种不同的腐蚀定义？2．表示均匀腐蚀速度的方法有哪些？它们之间有何联系？3．镁在海水中的腐蚀速度为 1.45g/m2.d, 问每年腐蚀多厚？若铅以这个速度腐蚀，其ϖ深(mm/a)多大？4．已知铁在介质中的腐蚀电流密度为0.1mA/cm2，求其腐蚀速度ϖ失和ϖ深。
问铁在此介质中是否耐蚀？第二章电化学腐蚀热力学1．如何根据热力学数据判断金属腐蚀的倾向？如何使用电极电势判断金属腐蚀的倾向？2．何谓电势-pH图？举例说明它在腐蚀研究中的用途及其局限性。
3．何谓腐蚀电池？有哪些类型？举例说明可能引起的腐蚀种类。
4．金属化学腐蚀与电化学腐蚀的基本区别是什么？5．a)计算Zn在0.3mol/LZnSO4溶液中的电解电势（相对于SHE）。
b) 将你的答案换成相对于SCE的电势值。
6．当银浸在pH=9的充空气的KCN溶液中，CN-的活度为1.0和Ag(CN)2-的活度为0.001时，银是否会发生析氢腐蚀？7．Zn浸在CuCl2溶液中将发生什么反应？当Zn2+/Cu2+的活度比是多少时此反应将停止？第三章电化学腐蚀反应动力学1．从腐蚀电池出发，分析影响电化学腐蚀速度的主要因素。
2．在活化极化控制下决定腐蚀速度的主要因素是什么？3．浓差极化控制下决定腐蚀速度的主要因素是什么？4．混合电位理论的基本假说是什么？它在哪方面补充、取代或发展了经典微电池腐蚀理论？5．何谓腐蚀极化图？举例说明其应用。
6．试用腐蚀极化图说明电化学腐蚀的几种控制因素以及控制程度的计算方法。
7．何谓腐蚀电势？试用混合电位理论说明氧化剂对腐蚀电位和腐蚀速度的影响。
8．铁电极在pH=4.0的电解液中以0.001A/cm2的电流密度阴极化到电势-0.916V（相对1mol/L甘汞电极）时的氢过电势是多少？9．Cu2+离子从0.2mol/LCuSO4溶液中沉积到Cu电极上的电势为-0.180V（相对1mol/L甘汞电极），计算该电极的极化值。
应力腐蚀的名词解释
应力腐蚀的名词解释应力腐蚀，作为材料科学领域的一个重要概念，指的是在特定的环境条件下，应力和腐蚀共同作用导致材料发生破坏的现象。
它是一种使工程材料失效的特殊腐蚀形式，可在各种工业领域中产生严重的后果。
本文将以解释应力腐蚀的含义为主题，探讨其原理、危害、应对措施以及相关研究的新进展。
首先，需要明确应力腐蚀的基本概念和工作原理。
应力腐蚀的发生需要同时存在应力和腐蚀介质，应力可以是外加的、或由材料自身的残余应力产生。
当材料处于一定应力环境下，腐蚀介质的存在将增加材料的腐蚀倾向。
在应力和腐蚀作用共同作用下，材料会出现裂纹和脱落等损伤，最终导致材料失效。
应力腐蚀与其他腐蚀形式相比，其破坏速度通常更快且难以预测，因此对于工程材料来说是一个非常重要的考虑因素。
接下来，我们将探讨应力腐蚀对材料性能和结构的危害。
首先，应力腐蚀可能导致材料的力学性能下降，比如降低材料的强度、延展性和韧性等，从而对工程结构的安全性产生重大负面影响。
其次，在一些特殊的应用场景中，例如航空航天、核电等领域，应力腐蚀对材料的耐久性和可靠性提出了更高的要求。
若接触到腐蚀性介质的材料发生应力腐蚀，不仅会导致经济损失，更为严重的是可能引发重大事故，甚至威胁人员生命安全。
为了解决应力腐蚀问题，人们采取了一系列的防护措施。
其中，对于金属材料来说，选择合适的材料对腐蚀介质的抗蚀性能至关重要。
此外，设计合理的结构减少应力集中、避免材料应力超过临界值也是有效的方法。
此外，对于某些特殊环境条件下的应用，如海水腐蚀、高温高压腐蚀等，还需要通过涂层、阻挡膜、阳极保护等技术手段来提高材料的耐蚀性能。
此外，通过改变材料的热处理工艺或添加抑制杂质的合金元素，也可以提升材料的抗腐蚀性能。
随着科学技术的不断进步，对于应力腐蚀机理和控制方法的研究也取得了长足的进步。
近年来，人们开始关注新型材料和新型防护技术在应力腐蚀领域的应用。
例如，针对应力腐蚀带来的裂纹扩展问题，光纤感应技术等新兴技术为提前监测应力腐蚀损伤提供了有效手段；利用纳米材料和复合材料的制备技术，人们也在不断探索能够提高材料抗腐蚀性能的新型防护材料。
《应力腐蚀》PPT课件
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应力腐蚀发生的条件
3)拉伸应力。拉伸应力有两个来源。
• 一是残余应力(加工、冶炼、装配)，温差热应力及相 变的相变应力;
• 二是材料承受外加载荷造成的应力。
• 一般以残余应力为主，约占事故的80％左右，
• 金属与合金所承受的拉应力愈小，断裂时间愈长。
• 应力腐蚀可在极低的应力下(如屈服强度的5％~10％或
• 裂纹扩展主要由裂纹尖端的电化学过程控制。裂纹 扩展速度介于没有应力下腐蚀破坏速度和单纯的力 学断裂速度之间，一般在0.5~10mm/h的范围内。
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应力与断裂时间关系
3)失稳断裂。 • 这一阶段，裂纹的扩展由纯力学因素控制。扩展速
度随应力增大而加快，直至断裂。 • 在有预制裂纹、蚀坑的情况下，应力腐蚀断裂过程
3.6 应力腐蚀
• 3.6.1 应力腐蚀的概述
• 应力与环境共同作用下的腐蚀是局部腐蚀的一大类 型。材料除受环境作用外还受各种应力作用，因此会 导致较单一因素下更严重的腐蚀破坏形式。
• 由于材料在环境中受应力作用方式不同，其腐蚀形式 也不同。一般可分为：应力腐蚀、腐蚀疲劳、磨损腐 蚀，湍流腐蚀，冲蚀等。在这类腐蚀中受拉应力作用 的应力腐蚀是危害最大的局部腐蚀形式之一，材料会
•
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裂纹扩展速率(da/dt)与K1SCC关系
• 曲线上存在三个不同区域。 1)区域I 当K1稍大于K1SCC时，裂纹经过一段孕育突然
加速发展，即在I区内，裂纹生长速率对K1较敏感； 2)区域II da/dt与K1无关，通常说的裂纹扩展速率就是
指该区速率，因为它主要由电化学过程控制，较强 烈地依赖于溶液的pH值，粘度和温度；
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678源自材料裂纹形核 裂纹亚临界扩展 裂纹达到临界尺寸 失稳断裂
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离子种类、浓度 溶液粘度，pH 氧及其他气体 搅拌或流速 缓蚀剂 温度、压力 辐照、微生物 外加电流
腐蚀原电池的阴极过程 和阳极过程 腐蚀电极的极化 腐蚀电位 腐蚀产物 腐蚀金属的钝化 微观电化学不均匀性
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显微空 穴聚结
沿晶
穿晶
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写在最后
成功的基础在于好的学习习惯
The foundation of success lies in good habits
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结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的， 所以不要放弃，坚持就是正确的。
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End 演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
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载荷类型 加载方向 载荷大小 加载速度
应力状态（平面应力、平面应变） 载荷-裂纹组态（I、II、III型） 缺陷（缺口或裂纹）的集合 应力集中系数或裂纹前端的应力 场强度因子 裂尖塑性区尺寸 应力诱发相变 力学行为 局部应力、应变集中
表面膜的类型、成分、结构、厚度、完整性、强度、塑性、表面粗糙度等
《材料腐蚀与防护》课程笔记
《材料腐蚀与防护》课程笔记第一章绪论一、材料腐蚀的基本概念1. 定义：材料腐蚀是指材料在特定环境下，由于化学或电化学反应而遭受破坏的过程。
这个过程涉及到材料与周围环境的相互作用，导致材料的性能下降，甚至失效。
2. 类型：材料腐蚀可以分为金属腐蚀和非金属腐蚀两大类。
金属腐蚀包括全面腐蚀和局部腐蚀，非金属腐蚀包括高分子材料的腐蚀和无机非金属材料的腐蚀。
二、金属腐蚀的危害1. 经济损失：金属腐蚀会导致设备、建筑物等损坏，从而造成巨大的经济损失。
腐蚀会缩短设备的使用寿命，增加维修和更换的成本。
2. 资源浪费：金属腐蚀会消耗大量的金属材料，造成资源浪费。
腐蚀产物的堆积会降低材料的利用率，增加材料的消耗。
3. 安全隐患：金属腐蚀会降低设备的性能和寿命，可能导致事故的发生。
例如，腐蚀会导致管道泄漏、断裂等，从而引发安全事故。
4. 环境污染：金属腐蚀产生的废物和污染物会对环境造成严重影响。
腐蚀产物可能会释放有毒物质，污染土壤、水源和空气。
三、腐蚀控制及其重要性1. 腐蚀控制的定义：腐蚀控制是指采取各种措施，降低或消除材料腐蚀的过程。
这包括改变材料的腐蚀环境、使用防腐涂层、采用阴极保护等方法。
2. 腐蚀控制的重要性：腐蚀控制可以延长材料的使用寿命，节约资源和成本，保障设备的安全运行，减少环境污染。
通过有效的腐蚀控制，可以提高设备的可靠性和稳定性，减少维修和更换的频率，降低事故的风险。
四、腐蚀科学与防护技术的研究进展1. 腐蚀科学的发展：腐蚀科学从最初的观察和经验总结，逐渐发展到现代的腐蚀机理研究、腐蚀测试技术和腐蚀预测。
研究者通过实验和理论分析，揭示了腐蚀过程的本质和规律，为腐蚀控制提供了科学依据。
2. 防护技术的发展：防护技术包括涂层保护、阴极保护、阳极保护、缓蚀剂保护等。
近年来还出现了许多新型防护技术，如纳米涂层、自修复涂层等。
这些技术的发展为腐蚀控制提供了更多的选择和可能性。
五、金属腐蚀的分类1. 全面腐蚀：全面腐蚀是指金属表面均匀地遭受腐蚀，如铁的生锈。
材料腐蚀与防护
材料腐蚀与防护腐蚀控制的方法1.根据使用的环境，正确地选用金属材料和非金属材料；2.对产品进行合理的结构设计和工艺设计，以减少产品在加工、装配、储存等环节中的腐蚀；3.采用各种改善腐蚀环境的措施，如在封闭或循环的体系中使用缓蚀剂，以及脱气、除氧和脱盐等；4.采用化学保护方法，包括阴极保护和阳极保护技术；5.在基材上施加保护涂层，包括金属涂层和非金属涂层。
全面腐蚀与局部腐蚀全面腐蚀是常见的一种腐蚀。
全面腐蚀是指整个金属表面均发生腐蚀，它可以是均匀的也可以是不均匀的。
全面腐蚀速度也称均匀腐蚀速度，常用的表示方法有重量法和深度法。
局部腐蚀主要有点蚀（孔蚀）、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、选择腐蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳、湍流腐蚀等。
点腐蚀（孔蚀）------是一种腐蚀集中在金属（合金）表面数十微米范围内且向纵深发展的腐蚀形式，简称点蚀。
点蚀是一种典型的局部腐蚀形式，具有较大的隐患性及破坏性。
点蚀表面直径等于或小于它的深度。
一般只有几十微米。
点蚀发生的条件1．表面易生成钝化膜的材料，如不锈钢、铝、铅合金；或表面镀有阴极性镀层的金属，如碳钢表面镀锡、铜镍等。
2．在有特殊离子的介质中易发生点蚀，如不锈钢在卤素离子的溶液中易发生点蚀。
3．电位大于点蚀电位（E br）易发生点蚀。
影响点蚀的因素及预防措施合金成分、表面状态及介质的组成，pH值、温度等，都是影响点蚀的主要因素。
不锈钢中Cr是最有效提高耐点蚀性能的合金元素，如与Mo、Ni、N等合金元素配合，效果最好。
降低钢中的P、S、C等杂质含量可降低点蚀敏感性。
奥氏体不锈钢经过固溶处理后耐点蚀。
预防点蚀的措施：（1）加入抗点蚀的合金元素，含高Cr、Mo或含少量N及低C的不锈钢抗点蚀效果最好。
如双相不锈钢及超纯铁素体不锈钢。
（2）电化学保护。
（3）使用缓蚀剂。
常用的缓蚀剂有硝酸盐、亚硝酸盐、铬酸盐、磷酸盐等。
缝隙腐蚀可发生在所有金属和合金上，且钝化金属及合金更容易发生。
任何介质（酸碱盐）均可发生缝隙腐蚀，含Cl-的溶液更容易发生。
材料的腐蚀与防护整理
1.三种常见的失效破坏形式：腐蚀、断裂和磨损。
2.材料腐蚀的定义：材料受环境介质的化学、电化学和/或物理作用的破坏的现象。
3.腐蚀的分类：（1）按腐蚀环境分类：干燥气体腐蚀、电解液中的腐蚀、非电解液中的腐蚀、熔融金属的腐蚀。
（2）按腐蚀机理分类：化学腐蚀、电化学腐蚀。
（3）按腐蚀形态分类：全面腐蚀、局部腐蚀、应力作用下的腐蚀断裂。
4.均匀腐蚀程度的评定方法：重量法、深度法、电流密度表征法。
5.电化学腐蚀定义:指金属材料和电解质接触时，由于腐蚀电池作用而引起的金属材料腐蚀破坏。
无论是发生化学腐蚀还是电化学腐蚀，都会使金属元素的价态升高而被氧化。
6.负极：电极电位较低的电极；正极：电极电位较高的电极; 阳极：发生氧化反应的电极；阴极：发生还原反应的电极。
7.腐蚀电池的定义：只能导致金属材料破坏而不能对外做有用功的短路原电池称为腐蚀原电池或腐蚀电池。
8.腐蚀电池的组成部分：阴极、阳极、电解质溶液和连接阴极阳极的电子导体。
两种金属直接接触也能组成腐蚀电池。
9.腐蚀电池的工作历程：（1）阳极过程。
（2）阴极过程。
(去极化过程)（3）电荷的传递。
10.电化学腐蚀的次生过程一次产物：腐蚀过程中，阳极反应和阴极反应的直接产物。
腐蚀的次生过程：随着腐蚀的不断进行，电极表面附近一次产物的浓度不断增加，阳极区附近金属离子的浓度增高，阴极区由于H+放电和水中溶解氧的还原而使pH值升高，溶液中产生了浓度梯度，一次产物发生扩散，阴、阳极过程中的一次产物在扩散过程中相遇并生成难溶化合物的过程。
二次产物（次生产物）：难溶性产物。
例如，铁和铜在NaCl溶液组成的腐蚀电池就会发生次生反应，生成次生产物沉淀。
（1）阳极过程Fe→Fe2++2e (2)阴极过程½O2+H2O+2e→2OH- (3) 次生过程当pH>5.5,Fe2+与OH-相遇时就会发生次生级反应，形成氢氧化亚铁沉淀物。
即Fe2++2OH-→ Fe(OH)2↓11.金属电化学腐蚀的自发倾向除了可以用吉布斯自由能△G判据外，更为方便的是采用电极电位或标准电极电位来判断。
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为了预防和减轻腐蚀的危害,人们不得不付出 相当的代价。这种代价称之为腐蚀损失(Ｃｏｓｔ ｏｆＣｏｒｒｏｓｉｏｎ),即国民经济为解决腐蚀 问题而付出的总费用。以合理的代价取得所需要
的腐蚀防护效果是腐蚀控制工程的任务。由于腐
蚀问题已经成为影响国民经济和社会可持续发展 的重要因素之一,目前,经济发达国家和地区正在以 大幅度提高能源效率、资源效率和环境效率作为 国家发展的战略目标和前瞻性投资的依据。
1，全面腐蚀(General Corrosion) 腐蚀分布在 整个金属表面上，它可以是均匀的，也可以 是不均匀的。
2．局部腐蚀(Localized Corrosion) 局部腐蚀 主要发生在金属表面某一区域。
局部腐蚀的类型
(1)小孔腐蚀(Pitting) (2)缝隙腐蚀(Crevice Corrosion) (3)电偶腐蚀(Galvanic Corrosion) (4)晶间腐蚀(Intergranular Corrosion) (5)应力腐蚀破裂(Stress Corrosion Cracking) (6)氢脆(Hydrogen Embrittlement) (7)腐蚀疲劳(Corrosion Fatigue) (8)选择性腐蚀(Selective Corrosion)
五.材料腐蚀程度的表示 方法
1．失重法与增重法
增重法
2．腐蚀深度法
常用腐蚀速率单位的换算关系根据金属全面腐蚀的材料耐蚀性，可分类为 十级标准或三级标准
3．电流密度法 假如电流强度为I，通电时间为t，则通过的 电量为It。lmol物质发生电化学反应时所需的 电 量 为 1 个 法 拉 第 (Faraday) ， 即 96484 ～ 96500(C／mol)。从而可得出金属阳极溶解的 质量为：
《材料腐蚀与防护》习题与思考题
《材料腐蚀与防护》习题与思考题第一章绪论1．何谓腐蚀？为何提出几种不同的腐蚀定义？2．表示均匀腐蚀速度的方法有哪些？它们之间有何联系？3．镁在海水中的腐蚀速度为 1.45g/m2.d, 问每年腐蚀多厚？若铅以这个速度腐蚀，其ϖ深(mm/a)多大？4．已知铁在介质中的腐蚀电流密度为0.1mA/cm2，求其腐蚀速度ϖ失和ϖ深。
问铁在此介质中是否耐蚀？第二章电化学腐蚀热力学1．如何根据热力学数据判断金属腐蚀的倾向？如何使用电极电势判断金属腐蚀的倾向？2．何谓电势-pH图？举例说明它在腐蚀研究中的用途及其局限性。
3．何谓腐蚀电池？有哪些类型？举例说明可能引起的腐蚀种类。
4．金属化学腐蚀与电化学腐蚀的基本区别是什么？5．a)计算Zn在0.3mol/LZnSO4溶液中的电解电势（相对于SHE）。
b) 将你的答案换成相对于SCE的电势值。
6．当银浸在pH=9的充空气的KCN溶液中，CN-的活度为1.0和Ag(CN)2-的活度为0.001时，银是否会发生析氢腐蚀？7．Zn浸在CuCl2溶液中将发生什么反应？当Zn2+/Cu2+的活度比是多少时此反应将停止？第三章电化学腐蚀反应动力学1．从腐蚀电池出发，分析影响电化学腐蚀速度的主要因素。
2．在活化极化控制下决定腐蚀速度的主要因素是什么？3．浓差极化控制下决定腐蚀速度的主要因素是什么？4．混合电位理论的基本假说是什么？它在哪方面补充、取代或发展了经典微电池腐蚀理论？5．何谓腐蚀极化图？举例说明其应用。
6．试用腐蚀极化图说明电化学腐蚀的几种控制因素以及控制程度的计算方法。
7．何谓腐蚀电势？试用混合电位理论说明氧化剂对腐蚀电位和腐蚀速度的影响。
8．铁电极在pH=4.0的电解液中以0.001A/cm2的电流密度阴极化到电势-0.916V（相对1mol/L甘汞电极）时的氢过电势是多少？9．Cu2+离子从0.2mol/LCuSO4溶液中沉积到Cu电极上的电势为-0.180V（相对1mol/L甘汞电极），计算该电极的极化值。
《材料的腐蚀防护》课件
电化学腐蚀是金属腐蚀中最常见的一种类型，主要发生在金 属与金属或金属与非金属的接触面上。在电解质溶液中，金 属表面的原子与溶液中的离子发生氧化还原反应，导致金属 的溶解和破坏。
化学腐蚀
总结词
化学腐蚀是指金属与非电解质直接发生纯化学反应而导致的腐蚀。
详细描述
化学腐蚀通常发生在干燥的气体或非电解质溶液中，金属表面的原子与气体或 非电解质直接发生氧化还原反应，导致金属的损失。这种腐蚀通常比较均匀， 不会形成明显的腐蚀产物。
智能防腐决策系统
建立基于大数据和人工智能的防 腐决策系统，为设备防腐提供科
学依据和优化方案。
环境友好型防腐技术
环保型防腐涂料
研发低毒、无害、环保的防腐涂料，减少对环境 和人体的危害。
生物防腐技术
利用生物防腐剂和生物防护技术，降低防腐剂的 使用量和对环境的污染。
绿色防腐工艺
推广无害或低害的防腐工艺，如电化学保护、缓 蚀剂等，减少对环境的负担。
电化学保护的优点是效果好、适用于各种腐蚀介质和环境 ，缺点是需要特殊的电源和控制系统。
缓蚀剂保护
缓蚀剂保护是通过在腐蚀介质中添加缓蚀剂，以减缓 金属材料的腐蚀速度。
缓蚀剂的作用原理是通过在金属表面形成吸附膜或沉 淀膜，隔绝金属与腐蚀介质的接触，或者通过改变腐
蚀介质的化学性质来抑制腐蚀反应。
缓蚀剂保护的优点是使用方便、成本低、效果好，缺 点是可能会对环境造成影响。
腐蚀防护的重要性
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减少经济损失
通过有效的腐蚀防护措施 ，可以延长设备使用寿命 ，降低维修和更换成本。
提高生产安全
腐蚀可能导致设备突然失 效，引发安全事故。通过 腐蚀防护可以降低事故风 险。
材料腐蚀与防护智慧树知到答案章节测试2023年山东建筑大学
第一章测试1.热力学上材料腐蚀是自发的现象。
（）A:对B:错答案:A2.腐蚀反应的实质就是金属被还原的反应。
（）A:错B:对答案:A3.按照腐蚀环境分，下列哪一项不是自然环境中的腐蚀类型（）。
A:微生物腐蚀B:土壤腐蚀C:缝隙腐蚀D:大气腐蚀答案:C4.下列哪些方法可以用以表示金属腐蚀速度（）。
A:电流密度指标法B:目测经验方法C:深度法D:重量法答案:ACD5.金属在干燥的大气中腐蚀是一种化学反应。
（）A:错B:对答案:B第三章测试1.从腐蚀电池角度分析，材料发生全面腐蚀时，各点随时间有能量起伏，能量高处为_极，能量低处为_极。
答案:2.从对金属强度和金属制品整体结构完整性的破坏程度来看，以下哪种说法是正确的？（）A:不一定B:全面腐蚀比局部腐蚀大得多C:全面腐蚀和局部腐蚀破坏程度一样D:局部腐蚀比全面腐蚀大得多答案:A3.点蚀是一种小阴极大阳极腐蚀电池引起的阳极区高度集中的局部腐蚀形式。
（）A:对B:错答案:B4.几乎所有的腐蚀性介质都有可能引起金属的缝隙腐蚀。
（）A:错B:对答案:A5.纽约著名的自由女神铜像内部的钢铁支架发生的严重腐蚀就是因为发生了以下哪种腐蚀类型。
（）A:晶间腐蚀B:点蚀C:电偶腐蚀D:缝隙腐蚀答案:D第四章测试1.应力腐蚀开裂是指金属材料在受_作用下，在_介质中发生的脆性断裂现象。
答案:2.一般认为发生SCC需要同时具备哪些条件？（）A:拉伸应力B:敏感材料C:特定介质D:压缩应力答案:BCD3.SCC是一种典型的瞬时断裂。
（）A:错B:对答案:B4.氢致开裂是原子氢在合金晶体结构内的渗入和扩散所导致的脆性断裂的现象。
（）A:对B:错答案:B5.氢的扩散与富集包括____________。
答案:第五章测试1.根据大气中水汽含量可以把大气腐蚀分为“干大气腐蚀”、“潮大气腐蚀”和“湿大气腐蚀”。
（）A:对B:错答案:A2.杂散电流引起的腐蚀是土壤腐蚀的常见形式。
（）A:对B:错答案:A3.海水腐蚀最严重的区域是（）A:潮差带B:海平面C:飞溅带D:全浸带答案:C4.钢筋阻锈剂按作用机理可以分为_、_、___。
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KIC力学失稳，快速断裂。
4. 低应力的脆性断裂
断裂前没有明显的宏观塑性变形 － 脆性断口－解理、准解理或沿晶 － 腐蚀
➢ 断口表面颜色暗淡，腐蚀坑和二次裂纹 ➢穿晶型断口：河流花样、扇形花样、
羽毛状花样 ➢晶间型断口：冰糖块状
在应力作用下，位错沿 着滑移面运动至金属表面 － 表面产生滑移台阶 － 表面膜产生局部破裂
并暴露活泼的新鲜金属；
有膜和无膜的金属及缺陷 处形成钝化-活化微电池 －无膜的局部区域电化学溶解 －表面膜为腐蚀提供了阴极
－阳极溶解集中在局部区域， 形成蚀坑
－伴随着阳极溶解产生阳极极化， 使阳极周围钝化， 在蚀坑即裂纹尖端 周边重新生成钝化膜
阻止氢或有害物质的吸附等， 影响电化学反应动力学而起到缓蚀作用， 改变环境的敏感性质
5.电化学保护 • 应力腐蚀开裂发生在
活化－钝化和钝化－过钝化 两个敏感电位区间 • 可以通过控制电位进行 阴极保护或阳极保护 防止SCC的发生
7.2 氢致开裂
• 定义： – 原子氢在合金晶体结构内的渗入和扩散
所导致的脆性断裂的现象， 又称作氢脆或氢损伤 – Hydrogen Induced Cracking(HIC) – 氢脆—金属材料的韧性降低 – 氢损伤—韧性降低和开裂， 还包括材料其他物理性能或化学性能的下降。
离子种类、浓度 溶液粘度，pH 氧及其他气体 搅拌或流速 缓蚀剂 温度、压力 辐照、微生物 外加电流
电化学行为
腐蚀原电池的阴极过程 和阳极过程 腐蚀电极的极化 腐蚀电位 腐蚀产物 腐蚀金属的钝化 微观电化学不均匀性
失稳断裂
裂纹扩展
应力腐蚀 裂纹形核
应力因素
载荷类型 加载方向 载荷大小 加载速度
力学行为
A 膜局部破裂导致裂纹形核
钝化膜局部破坏：电化学作用或机械作用
1. 电化学作用 • 通过点蚀或晶间腐蚀诱发SCC裂纹：
有点蚀： 腐蚀电位比点蚀电位正→ 钝化膜局部击穿 → 点蚀形成 应力作用下从点蚀坑底部诱发SCC裂纹；
无点蚀：
2. 机械作用： →膜的延展性或强度比基体金属差 →受力变形后局部膜破裂 →诱发SCC裂纹
• 在某种特定的腐蚀介质中： → 材料在不受应力时可能腐蚀甚微； → 受到一定的拉伸应力时（即使远低于屈服强
常见的SCC
黄铜的“氨脆”（“季裂”） –弹壳在腐蚀性NH4+介质中 – 制造过程中引入的残余应力 造成晶间或穿晶断裂
锅炉钢的“碱脆” – 锅炉水因软化处理带来碱性并在锅炉缝隙里浓缩， – 外载荷引起的应力，也可以是残余应力， 接触苛性碱的碳钢、低合金钢、奥氏体不锈钢设备
氢致开裂
• 表现形式 – 氢压引起的微裂纹
（钢中的白点、焊接冷裂纹） – 高温高压氢腐蚀 – 氢化物相或氢致马氏体相变 – 氢致塑性损失（氢脆） – 氢致开裂或断裂
氢致开裂的原因
• 金属在溶液中， 由于腐蚀、不恰当的酸洗、阴极保护等 使表面有氢产生， 氢原子很容易复合为氢分子从表面逸出。
• 如果基体内部存在空位、缺陷， 使氢原子在缺陷内形成氢分子， 氢分子进一步聚集而产生很大的压力， 从而形成氢鼓泡，降低了金属原子之间的结 合强度，
及非裂纹型缺陷
防止SCC的措施
1.选材 • 根据材料的具体使用环境，
尽量避免使用对SCC敏感的材料。 2.消除应力 • 改进结构设计，
减小应力集中和避免腐蚀介质的积存 • 在部件的加工、制造和装配过程中
尽量避免产生较大的残余应力 • 可通过热处理、表面喷丸等方法消除残余应
3.涂层 • 使用有机涂层可将材料表面与环境分开 • 使用对环境不敏感的金属作为敏感材料的镀层 4.改善介质环境 • 控制或降低有害的成分 • 在腐蚀介质中加入缓蚀剂 • 通过改变电位、促进成膜、
残余应力：
加工、热处理、表面处理等过程引入残余应 力，
应力作用下的腐蚀
• 应力腐蚀开裂 • 氢致开裂 • 腐蚀疲劳 • 冲刷腐蚀 • 空泡腐蚀等
7.1 应力腐蚀开裂
• Stress Corrosion Cracking—SCC • 受一定拉伸应力作用的金属材料在某些特定的
介质中， 由于腐蚀介质和应力的协同作用而发生的脆性 断裂现象。
• 临界应力σSCC 临界应力强度因子KI SCC 在此临界值以下，
不发生SCC
2. 裂纹形
态SCC裂纹分为晶间型、穿晶型和混合型三种
– 裂纹的途径取决于材料与介质
– 同一材料因介质变化，裂纹途径也可能改
变
穿晶型
晶间型
• 晶间型：裂纹沿晶界扩展， 如软钢、铝合金、铜合金、镍合金
• 穿晶型：裂纹穿越晶粒扩展，如奥氏体不锈钢、 镁合金
• 裂纹扩展： 蚀坑尖端部分所受外加拉应力、残余应力 和腐蚀产物锲入蚀坑尖端造成的拉应力。 腐蚀产物体积大于它的金属的体积： 产生裂纹的侧向拉应力 304不锈钢： SCC开裂区腐蚀产物Fe3O4，约为Fe体积的2
倍， 像锲子一样锲入裂纹尖端，加大拉应力， 促进裂纹扩展。
C 断裂
• SCC裂纹扩展到临界尺寸 裂纹失稳 纯机械断裂
应力状态（平面应力、平面应变） 载荷-裂纹组态（I、II、III型） 缺陷（缺口或裂纹）的集合 应力集中系数或裂纹前端的应力 场强度因子 裂尖塑性区尺寸 应力诱发相变 力学行为 局部应力、应变集中
冶金因素
冶炼方式
加工方式（铸、锻、 轧、焊、热处理、机 加工、表面强化等）
表面膜的类型、成分、结构、厚度、完整性、强度、塑性、表面粗糙度等
Hale Waihona Puke 合金内部预存活性通道、诱导脆性而产生裂纹并扩展
裂纹前沿应变形成的活性通道 • 阳极过程仅是提供电子，
• 阴极过程对应力腐蚀裂纹扩展 对氢脆不产生直接影响
不产生直接的影响
氢致开裂和应力腐蚀断裂在产生原因和机理上有区别
• 金属处于阳极敏感的电位区 • 金属作为阴极时的敏感电位区
• 阳极过程的应力腐蚀断 裂可因阴极保护而停止
表面往往存在钝化膜 ◎只需很少量的特定介质就足以产生SCC
➢ 黄铜氨脆：空气中少量氨气就会造成 ➢奥氏体不锈钢：高纯水中百万分之几氯离子 ➢火箭推进剂钛合金储罐开裂：
液态N2O4中含有痕量的O2， 而含有NO时则不发生SCC。
3、拉伸应力 • 发生SCC必须有一定拉伸应力的作用。
◎工作状态下：承受外加载荷造成的工作应力 ◎在生产、制造、加工和安装过程中：
• 外加阳极电流 使试样阳极极化， 阳极溶解加快， 断裂加速
• 阴极过程的氢损伤， 可因阳极防护而不再进行；
奥氏体不锈钢、高强度铝合金的“氯脆”, 低碳钢的“硝脆”, 钛合金的“甲醇脆”
产生SCC的基本条件
SCC需要同时具备三个条件: 1. 敏感的金属材料 2. 特定的腐蚀介质 3. 足够大的拉伸应力
1、敏感材料 • 几乎所有的金属或合金在特定的介质中 都有一定的SCC敏感性 • 合金和含有杂质的金属比纯金属 更容易产生SCC
氢致开裂的特征
• 根据氢引起金属破坏的条件、机理和形态， 可分为氢鼓泡、氢脆、脱碳和氢腐蚀等。
1 氢致开裂导致金属材料韧性和塑性下降， 使材料开裂和脆断
• 氢鼓泡： 氢进入金属内部-金属局部变形-破坏金属结构；
• 氢脆： 氢进入金属内部-金属韧性和抗拉强度下降；
• 脱碳：氢与渗碳体作用-脱碳-钢的强度下降；
• 表面几何不连续：沟槽、缺陷、加工痕迹、附 着物
→应力应变集中，有害离子浓缩，诱发裂纹 • 平面滑移导致的膜破裂
→穿晶SCC裂纹形核
B 裂尖定向溶解导致裂纹扩展
• 裂纹内部形成“闭塞电池” →裂纹尖端--裂纹壁之间
形成“活化－钝化腐蚀电池” →创造了裂尖快速溶解+自催化的电化学条件；
• 应力和材料不均匀性 为快速溶解提供了择优腐蚀途径: 预存活性途径：沿晶SCC – 晶界：对腐蚀敏感，连续性通道， 相对于周围组织作为阳极 – 应力：拉断连接部位, 使裂纹张开, 避免通道堵塞, 便于物质传递 应变产生的活性途径：穿晶SCC – 裂尖应变集中：化学活性点增加、
沿晶应力腐蚀开裂
穿晶应力腐蚀开裂
SCC与电极电位
材料与环境的交互作用 反映在电位上就是SCC一般发生在活化－钝化 或钝化－过钝化的过渡区电位范围， 即钝化膜不完整的电位区间。
SCC机理
• SCC机理可以分为两大类： – 阳极溶解型机理
• 奥氏体不锈钢氯脆、黄铜的氨脆 – 氢致开裂型机理
• 高强钢在水介质中、湿硫化氢中的开裂 – 两种机理作用
奥氏体不锈钢氯化物SCC
奥氏体不锈钢：性能优良，应用广泛 耐应力腐蚀性能差 氯化物、纯水、热碱、 连多硫酸、湿硫化氢
Fe-Cr-Ni奥氏体不锈钢：
热浓的MgCl2溶液中的穿晶应力腐蚀断裂 从裂纹尖端产生阳极溶解而引起的断裂
——滑移—溶解—断裂机理 奥氏体不锈钢表面有一 层Cr、Ni氧化物构成的 钝化膜，在MgCl2溶液中 稳定性较差；
材料腐蚀与防护第七讲应力作用 下的腐蚀
1 2
A地
B地 3
第七章 应力作用下的腐蚀
7.1 应力腐蚀开裂 7.2 氢致开裂 7.3 腐蚀疲劳 7.4 冲刷腐蚀与空泡腐蚀 7.5 腐蚀磨损与微动腐蚀
应力的来源
外加应力：
直接作用在金属上的载荷： 拉伸、压缩、弯曲、扭转等
通过接触面的相对运动、高速流体 （含有固体颗粒的流动）等施加在金属表 面上
应力腐蚀裂纹的主要特点是：
– 裂纹起源于表面 – 裂纹的长宽不成比例，相差几个数量级 – 裂纹扩展方向一般垂直于主拉伸应力的方向 – 裂纹一般呈树枝状
3. SCC裂纹扩展速度
－ 扩展速度较快 － 10-8-10-4mm/s －比局部腐蚀快约106倍 － 比纯机械断裂速度低1010倍