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1应力腐蚀定义
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1应力腐蚀定义
危害：缓和的介质+较小的应力
1.导致应力腐蚀破坏的介质为不腐蚀或轻微腐 蚀。
2.导致应力腐蚀破坏的应力为极小应力
发生应力腐蚀的温度一般在50-300℃
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1应力腐蚀定义
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2应力腐蚀特征
在拉应力作用下，金属零件在不同腐蚀介质中 产生的应力腐蚀开裂和扩展有以下共同的特征： （1）拉应力是产生应力腐蚀开裂的必要条件。 （2）纯金属一般不发生应力腐蚀。 （3）仅在一定的合金与介质系统中才能发生应 力腐蚀现象。
对含有裂纹的金属材料，应力腐蚀条件下的断 裂判据： 当作用于裂纹尖端的初始应力强度因子：
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5应力腐蚀抗力指标及测试方法
5.2KISCC的测定方法 （1） 采用光滑试样
数据分散； 对某些材料可能会给出错误的判断 ； 名义应力不反映裂纹扩展的驱动力，不便于 工程应用。
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5应力腐蚀抗力指标及测试方法
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腐蚀疲劳
❖ 1腐蚀疲劳定义 ❖ 2腐蚀疲劳裂纹形态特征 ❖ 3腐蚀疲劳的机理 ❖ 4腐蚀疲劳S-N曲线 ❖ 5腐蚀疲劳裂纹扩展模型 ❖ 6腐蚀疲劳的控制
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1腐蚀疲劳定义
腐蚀疲劳是：材料在腐蚀介质中承受交变荷载 所产生的疲劳破坏现象。 腐蚀疲劳多存在于传递的推进器、轴、舵、汽 车弹簧、轴、矿山绳索。
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4腐蚀疲劳中的S－ N曲线
材料的腐蚀疲劳特性除和介质有关外，还和材 料成分、常规力学性能、试验频率以及抗腐蚀 能力有关。
钢的强度愈高，其腐蚀疲劳的敏感性相对愈大。
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4腐蚀疲劳中的S－ N曲线
在四种不同环境条件下的S-N曲线
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5腐蚀疲劳裂纹扩展模型
腐蚀疲劳时疲劳的一种特殊形式。目前工程中 常用的疲劳裂纹扩展速率函数是Pairs公式。
（2） 采用预制裂纹的试样 在不同初始应力强度因子KIi下，记录到的破坏 时间tf随KIi的下降而大大增长。
最大应力强度因子KImax和门槛应力强度因子KIth （KIscc ）
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5应力腐蚀抗力指标及测试方法
（2） 采用预制裂纹的试样 在KIth和KImax之间的区域里，滞后破坏时间tf一般是由孕育期tinc和亚临界裂 纹扩展期二者组成。
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3腐蚀疲劳的机理
蚀孔-应力集中理论 材料在腐蚀环境中，表面形成许多小孔腐蚀。 虽然蚀孔数量较多，但只有有滑移阶梯、暴露 出新的金属表面的称为阳极蚀孔。点蚀形成过 程使材料表面电位不等，由于电化学和引力的 联合作用，蚀点不断向金属深处腐蚀，坏理论 在氧起主要作用的环境中，低频疲劳时，被破 坏的表面膜有足够的时间获得修补，不形成裂 纹，因此腐蚀疲劳寿命可以很长。 交变应力频率较高时，新暴露的活性点多，修 补程度小，腐蚀疲劳严重。
4
1应力腐蚀定义
应力腐蚀破坏：机器零件受腐蚀介质和静应力 联合作用而失效的现象。
应力腐蚀断裂（stress corrosion cracking）： （SCC）金属在应力和特定化学介质共同作用
℃
下，经过一段时间后所产生低应力脆断现象。 应力腐蚀开裂是危害性最大的局部腐蚀之一，
在腐蚀过程中，若有微裂纹形成，其扩展速度 比其他类型的局部腐蚀要快几个数量级。
应力腐蚀 腐蚀 腐蚀疲劳
氢脆 蠕变
1
应力腐蚀
❖ 0应力腐蚀现象 ❖ 1应力腐蚀定义 ❖ 2应力腐蚀特征 ❖ 3应力腐蚀的影响因素 ❖ 4应力腐蚀的防止措施 ❖ 5应力腐蚀抗力指标及测试方法
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0应力腐蚀现象
第一次世界大战期间，用H70经过深冲成型的
黄铜弹壳，在战场上出现大量破裂现象。经研
究表明，经冲压加工的黄铜弹壳内存在残余应
。 用da/dt和KI给出的裂纹扩展曲线，在典型情况下由三个区域组成 滞后断
裂示意图
亚临界裂纹扩展速率da/dt表征了材料 的另一种应力腐蚀抗力。
孕育期：裂纹产生前的一段时间，主要是形成
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蚀坑（裂纹核心）的过程。
5应力腐蚀抗力指标及测试方法
一种钛合金在3.5%盐水中的破坏时间与初始应
力强度因子的关系 ：
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氢脆
❖ 1氢脆定义 ❖ 2氢脆分类 ❖ 3氢脆破坏特点 ❖ 4氢脆与应力腐蚀的关系 ❖ 5氢脆的防治措施
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1氢脆定义
氢脆（hydrogen embrittlement）是由于氢和应 力的共同作用而导致金属材料产生塑性下降、 断裂或损伤的现象。
从力学性能来看，氢脆有以下表现：
氢对金属材料的强度影响不大，但使断面收缩 率严重下降，疲劳寿命明显缩短，冲击韧性值 显著降低，在低于断裂强度的拉伸应力作用下， 材料经过一段时间后会突然脆断。
4）高强钢在中性水或潮湿的大气中致脆
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3氢脆断裂特征
氢蚀 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。 这种氢脆现象的断裂源产生在工件与高温、高 压氢气相接触的部位。
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。
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3氢脆断裂特征
酸洗及电镀过程中氢进入钢中后常沿晶界处聚
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2氢脆分类
电镀中常出现氢脆
严格控制电镀工艺，镀后通过对电镀件长时间
烘烤，使游离状的氢得以释放，减轻对镀件产
品的影响。
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2氢脆分类
环境氢脆
材料原先不含氢或含氢极微，但在有氢的环境 与介质中产生氢脆。这样的环境通常包括：
1）在纯氢气中（有少量水分）由分子氢造成氢 脆
2）由氢化物，如HF致脆
3）由H2S致脆
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1938年，英国发生了一起飞机失事的空难事故， 造成机毁人亡。调查发现，飞机发动机主轴断 成两截，经过进一步检查，发现在主轴内部有 大量像人的头发丝那么细的裂纹。大量“裂纹” 是怎么产生的呢？要怎么才能防止这种裂纹造 成的断裂现象呢？当时正在谢菲尔德大学研究 部工作的中国学者李薰通过大量研究工作，在 世界上首次提出的“发裂”是由于钢在冶炼过程 中混进的氢原子引起的。
极吸氢的过程
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5氢脆的防止措施
氢脆一经产生，就消除不了。 （1）降低或抑制材料中的氢含量 冶炼时采用干料，或采用真空处理或真空冶炼。
合金结构钢锻件的冷却要缓慢，防止白点。
对氢敏感的钢材酸洗或电镀后，要进行高温加
热。
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5氢脆的防止措施
（2）力学因素 在材料零件设计和加工过程中，应排除各种产 生残余应力的因素，采用表面处理。
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5应力腐蚀抗力指标及测试方法
恒位移试验：这是一种KI不断减小的试验方法， 常用一种特殊结构的紧凑拉伸试样，并通过螺 栓自身加载。试验开始时，用螺栓产生一初始 的裂纹张开位移。当裂纹扩展而位移保持恒定 时，负荷将自动下降，从而也使K值降低，当K 值下降到KIth（KIscc）以下时，裂纹就会基本上 停止扩展。
它建立了应力强度因子和裂纹扩展速率之间的 关系。
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5腐蚀疲劳裂纹扩展模型
工程中还有一种十分常用的是Forman模型，这 是考虑了腐蚀疲劳的环境效应。其实是Pairs公 式的一种修正，其形式为
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5腐蚀疲劳裂纹扩展模型
在上面两个公式的基础上，借助于试验数据， 进行回归分析后对模型做出了合理的修正。考 虑了介质浓度、加载频率和应力比对腐蚀疲劳 裂纹扩展速率的影响，引入了环境加速因子 Cenc(f,R,D)。 将不同的载荷频率、应力比、介质浓度组合作 为试验条件，对腐蚀疲劳试验过程中记录各种 数据Cair
5应力腐蚀抗力指标及测试方法
5.1应力腐蚀临界应力场强度因子KISCC 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，也称为应力腐蚀门槛值。 表示含有宏观裂纹的材料在应力腐蚀条件下的 断裂韧度。
一定的材料与介质，KISCC值恒定。是金属材料
的一个力学性能指标。
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5应力腐蚀抗力指标及测试方法
集，导致晶界脆化，形成沿晶断裂。
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3氢脆断裂特征
白点（发裂） 在重轨钢及大截面锻件中易出现这类氢脆。 钢在冷凝过程中溶解度降低而析出大量氢分子， 在锻造或轧制过程中来不及逸散出去，便聚集 在某些缺陷处而形成氢分子。
氢体积发生急剧膨胀，内压力增大，足以将金
属局部撕裂，而形成裂纹。
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3氢脆断裂特征
4.2 1.结构设计中尽量降低最大有效力：比如增大 曲率、关键部位厚度、焊接结构域采用对接。
2.采用流线型设计，使结构的应力分布趋于均 匀，避免过高的峰值；
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4应力腐蚀的防治措施
4.3降低材料对SCC敏感度
采用合理的热处理方法消除残余应力，或改善 合金的组织结构以降低对SCC的敏感度：例如 采用退火处理消除内应力，高强度铝合金时效 处理。
最大应力强度因子
门槛应力强度因子 23
5应力腐蚀抗力指标及测试方法
给定温度、压力和介质中的典型裂纹扩展速率 曲线
在I区和Ⅲ区，扩展速率da/dt与应 力强度因子有很强的关系，但在Ⅱ 区，实际上几乎没有关系（但仍受 温度、压力和环境的影响）。
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5应力腐蚀抗力指标及测试方法
（3） 两类不同的测试方法 恒载试验 ：这是一种KI不断增大的试验方法， 常用悬臂梁式弯曲试验装置，采用类似三点弯 曲试样。试样一端固定，另一端与一力臂相连， 并由砝码加载。
（4）应力腐蚀是一种延迟断裂。 （5）破坏一般是脆性的。没有明显的塑性变形。
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2应力腐蚀特征
断口形貌特征：应力腐蚀裂纹多起源于表面蚀 坑处，而裂纹传播途径垂直于拉力轴。
应力腐蚀断口，其颜色灰暗，表面常有腐蚀产 物（泥状花样），或腐蚀坑。而疲劳断口的表 面，如果是新鲜断口常常较光滑，有光泽。
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3应力腐蚀的影响因素
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5腐蚀疲劳裂纹扩展模型
经过七点增量递增多项式拟合进行回归处理， 得到不同试验条件下的疲劳裂纹扩展速率方程。 然后引入环境加速因子Cenc。