不锈钢螺栓氢脆断口 螺钉氢脆断口
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微观形貌：典型为沿晶断口与准解理断口，有时看到解 理及局部韧断。
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在不同K值下高强钢的断裂形式
氢脆的沿晶断口
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四、SCC与氢脆的关系
联系： ● 广义的SCC包括氢脆断裂，通常应力腐蚀总 伴有氢脆。它们共同存在，一般难以区别。 ●微观断口形貌也十分相似
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各种楔形裂纹形成示意图
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孔洞型裂纹： 空穴位于 与拉伸方向垂直且成大角度的晶界上， 在很大程度上，空穴的形成要求有晶界滑动，蠕 变断裂是由这些小空穴相互连接形成的。
孔洞型裂纹形成示意图
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显微空洞的形成
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裂纹扩展
在蠕变断裂中，很多情况下不存在非常明显的裂纹 扩展阶段的情况
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三、蠕变断口形貌特征
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微观形貌：
冰糖状，晶界局部熔化出现孔洞，晶界面变宽，内 有氧化物，晶粒失去棱边变成表面圆滑的颗粒
2214铝合金的过烧断口
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3、过烧断裂机理
在高温加热过程中，合金元素或夹杂物（P、S、Si、 Mn等）向晶界偏聚改变了晶界成分，使其熔点降低 温度继续升高，首先在三叉晶界处熔化，然后沿晶 界扩展，晶界的熔化孔洞相连形成熔化块，受外力 作用时沿晶界断开。
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四、中子脆
1、定义 中子辐照引起的延迟断裂。如核工业中反应堆锅炉 及锅炉覆盖材料
2、断口形貌 典型的沿晶脆断断口
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混合断裂
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第六章 疲劳断裂
§1 引言 §2 疲劳裂纹的萌生与扩展 §3 疲劳断口形貌特征 §4 影响疲劳断口形貌的因素 §5 腐蚀疲劳
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§1 引言
1、定义: 由于交变应力或循环载荷所引起的低应力脆断。 在所有的损坏中，疲劳断裂的比例最高，约占70%
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§2 氢脆断裂
一、引言 1、定义: 金属材料由于受到含氢气氛的作用而引起的低应力脆断 2、类型 内部氢脆：材料在熔炼、焊接、高温锻造、轧制和热处理等
过程中吸收了过量的氢气而造成的 环境氢脆：在应力和含氢介质的联合作用下引起的一种低应
力脆断。如贮氢压力容器材料发生的断裂 两者区别：氢的来源不同，而脆化本质是否相同目前尚未
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§1、应力腐蚀断裂
一、引言 1、定义 由拉应力和腐蚀介质联合作用而引起的低应力脆断。 2、共同特征 ◆只有在拉应力作用下才能引起SCC。这种拉应力可能是残
余拉应力或工作应力。一般情况下，产生SCC时拉应力都 很低，若没有腐蚀介质的联合作用是不会产生断裂的。 ◆要有一定的腐蚀介质。其腐蚀介质的浓度都很低，并且腐 蚀介质一般都是特定的（选择性）。 ◆一般只有合金才产生SCC，纯金属不会产生SCC。
接触疲劳：材料在较高接触压应力的作用下，经过多次应力 循环后，其接触面的局部区域产生小片或小块金 属剥落，形成麻点或凹坑，导致材料失效的现象
（齿轮相互接触）
热疲劳：由温度起伏（升高或降低）或热循环效应引起的疲 劳损坏。如热轧辊、热压模具表面出现的“龟裂”
腐蚀疲劳：材料在循环应力与腐蚀介质共同作用下产生的失 效现象（腐蚀坑）
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§2 疲劳裂纹萌生与扩展机理（模型）
一、疲劳裂纹萌生机理 1、挤出挤入模型—Wood模型
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金属表面形成的挤出脊与挤入沟
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2、位错销毁模型—藤田模型
两列平行的异号刃位错，在相距几个原子间隔 （约10埃）的两平行滑移面上互相对峙塞积； 由于这种位错排列所产生的高拉应力引起原子 面分离，形成孔洞
区别：
●从电化学反应来看，SCC是阳极溶解控制过程 Fe - 2e → Fe +
氢脆是阴极反应控制过程 H+ + e → [H] 2[H] → H2↑
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●裂源：SCC从表面开始，裂纹分叉 氢脆从次表面或内部开始，裂纹几乎不分叉
SCC裂纹
氢脆裂纹
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五、影响氢脆的外部因素
1、温度 氢脆多发生在温度为-100℃—150℃之间，一般最敏感 的温度是室温 温度太低，氢不易扩散和聚结 温度太高，氢自由地向大气中扩散，减少了氢含量
沿晶断口 10
穿晶断口
泥纹状断口：在 平坦面上分布直 线状裂纹（如河 底干沽状）
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四、SCC的影响因素与预防措施
1、影响因素
◆应力：拉应力 ◆环境介质：材料对介质具有选择性 ◆成分：高强钢中的碳含量、铝镁合金中Mg含量 ◆热处理工艺：T6、T76、T77(RRA)
2、预防措施
◆降低应力 ◆表面处理（喷丸、渗碳、氮化），使表面产生一定的压应力 ◆改变腐蚀介质 ◆选材 ◆电化学保护
第五章 环境断裂
§1 应力腐蚀断裂 §2 氢脆断裂 §3 蠕变断裂 §4 其它的环境断裂
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概述
环境断裂：主要指金属材料在腐蚀介质、温度环境等条件 的影响下，产生的沿晶或穿晶低应力脆断现象
常见的环境断裂：SCC、氢脆、蠕变断裂 液态或固态金属脆、中子脆 过热、过烧断裂
静载延迟断裂：材料在特定的外界条件下，虽然所受的应力 低于材料的屈服强度，但服役一段时间，也 可以发生突然的低应力脆断，这类与时间有 关的低应力脆断现象。
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二、SCC机理
1、保护膜破裂机理 认为产生SCC是电化学反应起控制作用
形成保护膜→保护 膜破裂→阳极溶解 →重新形成保护膜 →重新破坏→新的 阳极溶解
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2、应力吸附机理（氢致脆化机理）
认为[H]吸附于裂纹尖端，使金属晶体原子键的亲 和力减弱，即表面能降低。
从Griffith缺口强度理论可知：
σc∝γ1/2
∵ γ↓
∴ σc↓
从而脆化金属，使材料产生早期断裂
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三、SCC断口形貌特征
1、宏观形貌特征 ●呈现脆性特征，有时带有少量塑性撕裂痕迹 ●裂源是多源的，由于介质的腐蚀作用，裂纹形成区或亚
稳扩展区呈暗色或灰黑色 ●最终断裂区具有金属光泽，常有放射状花样或人字纹
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2、微观形貌
典型断口：沿晶断口，晶面有撕裂脊；有时也可观察到 韧窝、腐蚀坑、二次裂纹，也可能有穿晶断 裂，断口有河流、扇形、泥状、块状花样等
应力集中沿45°方向产生滑移 C、σL → σmax ，滑移区扩大，使裂纹
尖端变形成近似半圆，由锐→钝 D、当受压应力时，滑移沿相反方向进行
裂纹面被压近，裂纹尖端被弯折成 耳环状切口 E、σY → σmax ，裂纹表面被压合，尖 端由钝→锐，形成一个尖角，裂纹向 前扩展一个条纹
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2、不连续扩展模型
蠕变断裂：由于蠕变变形而最后导致材料的低应力脆断 2、发生条件
0K—Tm范围内都会产生蠕变，但只有高于0.3Tm时才较 显著
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3、蠕变曲线
典型的蠕变曲线
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二、断裂过程
蠕变断裂主要是沿晶断裂，包括裂纹形成与扩展 裂纹形成： 楔形裂纹：通常萌生于三个晶粒相遇的晶粒处，然后
沿晶进行传播。裂纹一般在垂直于应力方 向的晶界上
2、[H]浓度 发生氢脆时不一定要求氢气氛或含氢介质有很高的浓度 如当[H] ＜1ppm时就能引起高强钢的氢脆。
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3、置放时间 对于内部可逆氢脆，能否出现白点还与置放时间有关。 置放时间太长或太短都不会出现白点。
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§3 蠕变断裂
一、引言 1、定义
蠕变：金属材料在长时间的恒温、恒应力作用下，即使 σ＜σ0.2 ，也会缓慢地产生塑性变形的现象
定论。
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二、氢脆断口特征
1、内部氢脆 宏观特征：白点：是大型锻件和热轧钢坯中常见的缺陷
它是钢中氢与组织转变应力、热应力共同作用下产 生的细长裂纹，尺寸一般为几毫米到几十毫米。
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白点形貌
鱼眼型白点
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发裂白点（不可逆白点）： 断口上呈现白点，呈银白色，轮廓分明，表面光亮 形状为圆形或椭圆形 实际上是一种内部微细裂纹
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3、裂纹形式
多枝裂纹
网状裂纹
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4、断口形貌特征
宏观形貌：两个区（缓慢断裂区、瞬断区） 微观形貌：大多数为沿晶脆断，也有穿晶解理
液态汞脆
黄铜的Sn脆
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二、过热断口与过烧断口
过热断口 1、定义
材料在热锻、热轧或热处理加热时在高温长时间停留 由于晶粒粗大而引起的低应力脆断 2、断口形貌特征 宏观形貌：过热钢呈石状，颜色浅灰，无金属光泽
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பைடு நூலகம்
依载荷类型的特点，分为三类： 1、弯曲疲劳（单向、双向、旋转） 2、轴向疲劳（拉—拉、拉—压） 3、扭转疲劳
单向弯曲疲劳受力及断裂示意图
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双向弯曲疲劳受力及断裂示意图
旋转弯曲疲劳受力及断裂示意图
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扭转疲劳受力示意图
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3、疲劳断裂的一般特征
▲疲劳断裂的应力远比静载下材料的σb低，甚至比σ0.2低很多，断 裂前无明显的塑性变形，是一种低应力脆断破坏现象
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§4 其它的环境断裂 一、液态或固态金属脆 1、定义：某些高强钢或合金与一些液态金属或固态金属
接触时，使金属引起显著脆化。 如：铜合金与水银接触而产生的液态汞脆
铝合金被液体Na、Sn脆化 钢与Cd接触出现镉脆 2、发生条件●两种金属没有相互有效的溶解度 ●两种金属不能形成高熔点的金属化合物 ●固态金属表面能被液态金属所浸润
石状颗粒愈多、愈大，过热愈严重 微观形貌：典型的延性沿晶断口
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过烧断口
1、过烧：材料在超过过热温度下加热产生的缺陷。 过烧钢的显微组织特点： 晶界上出现氧化物、裂纹或局部熔化，晶粒粗大及 魏氏组织
2、断口形貌 宏观形貌：全部为石状，颗粒粗大，颜色灰暗
严重过烧出现豆腐渣状断口 铝合金过烧后，表面出现许多气泡，晶界 熔化成网络状熔化节
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应力腐蚀发生的条件及涉及的学科
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3、断裂过程 裂纹形成：占全部时间的90% 裂纹扩展：占全部时间的10%