工程材料力学性能ppt课件
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材料的腐蚀具有双重性。通常腐蚀对金属构 件是有害的，但有时可以利用腐蚀现象对金属 材料进行电化学加工，如制备信息硬件的印刷 线路板，制取奥氏体不锈钢粉末等。
二、腐蚀的类型
1、根据金属腐蚀的机理不同分类 化学腐蚀－金属表面与非电介质直接发生化
学作用而引起的破坏。 电化学腐蚀－金属表面与电介质溶液发生电
第二节 应力腐蚀
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。（SCC）。
常见的有： 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。
表示，并换算成相当于单位时间的数值。在衡量密 度不同的金属腐蚀程度时，此种指标极为方便。
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/(1000ρ)= 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。
2、局部腐蚀的程度与评定方法
（1）局部腐蚀程度的表示方法
金属的局部腐蚀其质量及外形尺寸一般没有明 显变化，但其力学性能下降。为判断金属局部腐蚀 的程度，可以进行力学性能试验测定金属腐蚀后的 性能变化加以评定：
化学反应而引起的破坏。
2、根据腐蚀的环境分类 大气腐蚀、海水腐蚀、淡水腐蚀、土壤腐蚀
、化工介质腐蚀、熔融介质中的腐蚀
3、根据腐蚀破坏的外部特征分类 （（2）1）局全部面腐腐蚀蚀－－腐腐蚀蚀主分要布发在生整在个金表属面表上面并的连成一
片某的一腐个蚀区破域坏，。而表面的其它部分未被破坏。 均局匀部腐腐蚀蚀－比腐全蚀面均腐匀蚀地有发更生大在的整危个害表性面，上而，且各更部分的 腐难蚀以速预度测基。本常相见同的。局部腐蚀：点蚀（又称孔 不蚀均）匀、腐电蚀偶－腐腐蚀蚀、虽晶然间发腐生蚀在、整穿个晶表腐面蚀上、，缝但隙各部分 的腐腐蚀蚀、速选度择相性差腐较蚀大、。斑点腐蚀、丝状腐蚀。
单位时间内应力腐蚀裂 纹的扩展量称应力腐蚀裂 纹扩展速 率 即 da/dt，实 验证明：
da/dt = f(KI) 曲线分为三个阶段： （1）存在一个门槛值 KISCC 。 当 KI ＜ KISCC 时 ， da/dt =0 或微不足道。
（ 2 ） 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。
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 。
（2）化学介质：只有在特定的化学介质中，某 种金属材料才能产生应力腐蚀。
（3）金属材料：一般纯金属不会产生应力腐蚀 ，所有合金对应力腐蚀均有不同程度的敏感性 。在每一种合金系列中，都有对应力腐蚀不敏 感的合金成分（如镁铝合金）。
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
在增重时是指腐蚀后带有腐蚀产物时的质量与 腐蚀前的质量之间的差值。用下式表示:
V W2 W0 S t
V+－增重时的腐蚀速度g/m2h W2－带有腐蚀产物的金属质量
（2）金属腐蚀速度的深度指标 把金属的厚度因腐蚀减少的量，以线量单位
（3）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。
（4）第Ⅲ阶段裂纹长度接近 临 界 尺 寸 ， da/dt 依 赖 于 KI ，材料进入失稳扩展的过渡 区 。 当 KI 增 大 到 KIC 时 便 失 稳扩展断裂。
应力腐蚀临界应力场强度因子－应力腐蚀门槛值
KISCC—— 在 特 定的 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（或称应力腐 蚀门槛值）。对于大多数金属材 料，在特定的化学介质中的KISCC 值是一定的。因此，KISCC可作为 力学性能指标，表示含有宏观裂 纹的材料，在应力腐蚀条件下的 断裂韧度。
三、耐蚀性及其评定方法
金属材料在某一环境介质下承受或抵抗腐蚀的 能力――称为金属材料的耐蚀性或抗蚀性。
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
。 用下式表示
V W0 Fra Baidu bibliotekW1
S t
V-－失重时的腐蚀速度g/m2h
常用金属材料引起应力腐蚀的敏感介质
二、应力腐蚀断裂机理
关于应力腐蚀的机理曾提出许多学 说，如活性通路—电化学理论，膜破裂 理论、氢脆理论，“化学脆变—脆性破 裂”理论，腐蚀产物楔入理论、隧洞形 蚀孔撕裂理论，应力吸附破裂理论，快 速溶解理论，环境破裂三阶段理论…… 等。
三、应力腐蚀力学性能指标
第六章 金属的应力腐蚀 和氢脆断裂
第一节 材料腐蚀的基本概念 第二节 应力腐蚀 第三节 氢脆
第一节 材料腐蚀的基本概念
一、腐蚀的基本概念
腐蚀－物质的表面因发生化学或电化学反 应而受到破坏的现象。腐蚀是物质本身质的变 化――化学变化或电化学变化。这种质的变化 是外界环境、介质影响的结果。因此，也可以 把由于环境介质作用于材料或物质本身，使之 发生质的变化的现象称为腐蚀。
腐蚀强度指标：指材料腐蚀前后的强度极限变 化率。
Kσ=[(σb-σ’b)/ σb] ×100%(腐蚀时间t后) Kσ－腐蚀强度指标 σb－腐蚀前强度 σ’b－腐蚀后强度
腐蚀的延伸率指标：指材料腐蚀前后延伸
率的变化。
Kδ=[(δ-δ’)/ δ] ×100%(腐蚀时间t后 )
（2）局部腐蚀耐蚀性评定
局部腐蚀的种类和测试方法很多，评 定标准也不尽相同，所以应根据局部腐 蚀的类型选择表示腐蚀程度的指标，按 其使用条件与要求选用评定标准。
二、腐蚀的类型
1、根据金属腐蚀的机理不同分类 化学腐蚀－金属表面与非电介质直接发生化
学作用而引起的破坏。 电化学腐蚀－金属表面与电介质溶液发生电
第二节 应力腐蚀
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。（SCC）。
常见的有： 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。
表示，并换算成相当于单位时间的数值。在衡量密 度不同的金属腐蚀程度时，此种指标极为方便。
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/(1000ρ)= 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。
2、局部腐蚀的程度与评定方法
（1）局部腐蚀程度的表示方法
金属的局部腐蚀其质量及外形尺寸一般没有明 显变化，但其力学性能下降。为判断金属局部腐蚀 的程度，可以进行力学性能试验测定金属腐蚀后的 性能变化加以评定：
化学反应而引起的破坏。
2、根据腐蚀的环境分类 大气腐蚀、海水腐蚀、淡水腐蚀、土壤腐蚀
、化工介质腐蚀、熔融介质中的腐蚀
3、根据腐蚀破坏的外部特征分类 （（2）1）局全部面腐腐蚀蚀－－腐腐蚀蚀主分要布发在生整在个金表属面表上面并的连成一
片某的一腐个蚀区破域坏，。而表面的其它部分未被破坏。 均局匀部腐腐蚀蚀－比腐全蚀面均腐匀蚀地有发更生大在的整危个害表性面，上而，且各更部分的 腐难蚀以速预度测基。本常相见同的。局部腐蚀：点蚀（又称孔 不蚀均）匀、腐电蚀偶－腐腐蚀蚀、虽晶然间发腐生蚀在、整穿个晶表腐面蚀上、，缝但隙各部分 的腐腐蚀蚀、速选度择相性差腐较蚀大、。斑点腐蚀、丝状腐蚀。
单位时间内应力腐蚀裂 纹的扩展量称应力腐蚀裂 纹扩展速 率 即 da/dt，实 验证明：
da/dt = f(KI) 曲线分为三个阶段： （1）存在一个门槛值 KISCC 。 当 KI ＜ KISCC 时 ， da/dt =0 或微不足道。
（ 2 ） 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。
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 。
（2）化学介质：只有在特定的化学介质中，某 种金属材料才能产生应力腐蚀。
（3）金属材料：一般纯金属不会产生应力腐蚀 ，所有合金对应力腐蚀均有不同程度的敏感性 。在每一种合金系列中，都有对应力腐蚀不敏 感的合金成分（如镁铝合金）。
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
在增重时是指腐蚀后带有腐蚀产物时的质量与 腐蚀前的质量之间的差值。用下式表示:
V W2 W0 S t
V+－增重时的腐蚀速度g/m2h W2－带有腐蚀产物的金属质量
（2）金属腐蚀速度的深度指标 把金属的厚度因腐蚀减少的量，以线量单位
（3）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。
（4）第Ⅲ阶段裂纹长度接近 临 界 尺 寸 ， da/dt 依 赖 于 KI ，材料进入失稳扩展的过渡 区 。 当 KI 增 大 到 KIC 时 便 失 稳扩展断裂。
应力腐蚀临界应力场强度因子－应力腐蚀门槛值
KISCC—— 在 特 定的 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（或称应力腐 蚀门槛值）。对于大多数金属材 料，在特定的化学介质中的KISCC 值是一定的。因此，KISCC可作为 力学性能指标，表示含有宏观裂 纹的材料，在应力腐蚀条件下的 断裂韧度。
三、耐蚀性及其评定方法
金属材料在某一环境介质下承受或抵抗腐蚀的 能力――称为金属材料的耐蚀性或抗蚀性。
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
。 用下式表示
V W0 Fra Baidu bibliotekW1
S t
V-－失重时的腐蚀速度g/m2h
常用金属材料引起应力腐蚀的敏感介质
二、应力腐蚀断裂机理
关于应力腐蚀的机理曾提出许多学 说，如活性通路—电化学理论，膜破裂 理论、氢脆理论，“化学脆变—脆性破 裂”理论，腐蚀产物楔入理论、隧洞形 蚀孔撕裂理论，应力吸附破裂理论，快 速溶解理论，环境破裂三阶段理论…… 等。
三、应力腐蚀力学性能指标
第六章 金属的应力腐蚀 和氢脆断裂
第一节 材料腐蚀的基本概念 第二节 应力腐蚀 第三节 氢脆
第一节 材料腐蚀的基本概念
一、腐蚀的基本概念
腐蚀－物质的表面因发生化学或电化学反 应而受到破坏的现象。腐蚀是物质本身质的变 化――化学变化或电化学变化。这种质的变化 是外界环境、介质影响的结果。因此，也可以 把由于环境介质作用于材料或物质本身，使之 发生质的变化的现象称为腐蚀。
腐蚀强度指标：指材料腐蚀前后的强度极限变 化率。
Kσ=[(σb-σ’b)/ σb] ×100%(腐蚀时间t后) Kσ－腐蚀强度指标 σb－腐蚀前强度 σ’b－腐蚀后强度
腐蚀的延伸率指标：指材料腐蚀前后延伸
率的变化。
Kδ=[(δ-δ’)/ δ] ×100%(腐蚀时间t后 )
（2）局部腐蚀耐蚀性评定
局部腐蚀的种类和测试方法很多，评 定标准也不尽相同，所以应根据局部腐 蚀的类型选择表示腐蚀程度的指标，按 其使用条件与要求选用评定标准。