西北大学：《材料的力学性能》第九章 环境介质作用下的金属力学性能

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第九章 环境介质作用 下的金属力学性能

所单介所作用下会停 米令在游定外界条件下工作的机件,虽所受应力佩于材 的料屈服强度,但服役一定时间后,也可能发生突然脆 断。这种与时阅有关的低应力脆断称为延筛断裂。 冷外界条件可以是冱力,如女变应力;也可以是环境介 质,如腐蚀介质、氨气氡或热作用等。 冷由交变应力引起的延滞断裂,就是疲劳断裂 网而在静截看与环境联合作用下引起的延簿新裂,叫做 静载延迟断裂,或称静疲劳; POLYTCHA 程 小如果在腐蚀介质中承受金变应力作用,则产生庸做疲 劳 材料科学与工程学院王泓主编

❖ 在特定外界条件下工作的机件，虽然所受应力低于材 料屈服强度，但服役一定时间后，也可能发生突然脆 断。这种与时间有关的低应力脆断称为延滞断裂。 ❖ 外界条件可以是应力，如交变应力；也可以是环境介 质，如腐蚀介质、氢气氛或热作用等。 ❖ 由交变应力引起的延滞断裂，就是疲劳断裂； ❖ 而在静载荷与环境联合作用下引起的延滞断裂，叫做 静载延迟断裂，或称静疲劳； ❖ 如果在腐蚀介质中承受交变应力作用，则产生腐蚀疲 劳

所单介所作用下会停 第一节力断裂 岌力腐蚀现象及其婧征 一力腐物现录 Stress Corrosion Cracking 由拉仲应力和膺做介质联合作用而引起帕低应力 尼性断裂称茵成力庸俯(带用英文的三个字晏SC 表示丿。 POLYTCHA 程 材料科学与工程学院王泓主编

(一) 应力腐蚀现象 Stress Corrosion Cracking 由拉伸应力和腐蚀介质联合作用而引起的低应力 脆性断裂称为应力腐蚀（常用英文的三个字头SCC 表示）。 一 .应力腐蚀现象及其特征 第一节 应力腐蚀断裂

所单介所作用下会停 应力断裂的措定的条件 1.只有在拨伸力作用下才能引起应力腐开裂。 2.产生应力做的环境愿是存在膺蚀介质,这种膺 做介质一骰都很狷,如果段育拉应力的同时作用, 材料在这种介质中膺做谜度很慢。 能网络课程 力腐做的介质 特定 黄铜 赵气氛 POLYTCHA 不锈匆 煮南子的腐做介质 材料科学与工程学院王泓主编

应力腐蚀的介质-----特定 黄铜----------氨气氛 不锈钢--------氯离子的腐蚀介质 1．只有在拉伸应力作用下才能引起应力腐蚀开裂。 2．产生应力腐蚀的环境总是存在腐蚀介质，这种腐 蚀介质一般 都很弱，如果没有拉应力的同时作用， 材料在这种介质中腐蚀速度很慢。 应力腐蚀断裂的特定的条件：

所单介所作用下会停 表们合全产兰威力腐做啪措定腐做介质 合金 腐蚀介质 碳钢 荷性钠溶液,氯溶液,硝酸盐水溶液,H2S水 溶液,海水,海洋大气与工业大气 奥氏体不锈钢|氯化物水溶液,海水,海洋大气,高温水,潮 湿空气(湿度90%),热NaCl,H2S水溶液,严 重污染的工业大气 马氏体不锈钢氯化的,海水,工业大气,酸性硫化物 航空用高强度海洋大气,氯化物,硫酸,硝酸,磷酸 钢 课[钢合金水蒸汽,湖氨溶液 程 铝合金 湿空气,NaCl水溶液,海水,工业大气,海洋 大 材料料学与工程学院王泓主编

合金 腐蚀介质 碳钢 荷性钠溶液，氯溶液，硝酸盐水溶液，H2 S水 溶液，海水，海洋大气与工业大气 奥氏体不锈钢 氯化物水溶液，海水，海洋大气，高温水，潮 湿空气（湿度90%），热NaCl，H2 S水溶液，严 重污染的工业大气 马氏体不锈钢 氯化的，海水，工业大气，酸性硫化物 航空用高强度 钢 海洋大气，氯化物，硫酸，硝酸，磷酸 铜合金 水蒸汽，湿H2 S，氨溶液 铝合金 湿空气，NaCl水溶液，海水，工业大气，海洋 大气 表10-1 合金产生应力腐蚀的特定腐蚀介质

所单介所作用下会停 只.应力膺的裂纹扩展一般在10-9-10-6m/S,录疲劳。 亚临界扩展一界尺寸---突然断裂 介质 氧化膜 蚀坑 能网络课程 SCC过程 快速扩展过程 OLAnchA 图6-1应力腐蚀产生条件示意图 材料科学与工程学院王泓主编

3．应力腐蚀的裂纹扩展一般在10-9-10-6m/s，象疲劳。 亚临界扩展-------临界尺寸------突然断裂

所单介所作用下会停 二丿应力膺做断口持征 应力做断裂也是通过裂发形成和裂纹扩展这雨个过程 一般认为裂纹形成占企都时间的90%左右 发扩展占10%左右。 网互力商做断裂可以是沿晶嘶裂,也可以是穿晶断裂 POLYTCHA 取决于合金成尔及腐蚀介质 程 材料科学与工程学院王泓主编

（二）应力腐蚀断口特征 应力腐蚀断裂也是通过裂纹形成和裂纹扩展这两个过程. 一般认为 裂纹形成约占全部时间的90%左右. 裂纹扩展仅占10%左右。 应力腐蚀断裂可以是沿晶断裂，也可以是穿晶断裂。 取决于合金成分及腐蚀介质

所单介所作用下会停 应力膺恸的断口,其宏砚形貌属子麗世嘶裂,育 时带有少量塑性撕裂浪迹。裂纹原可能寶个,但 征是丝于要夏主应力面上的那个裂纹原才引起断裂。 其裂玫原及亚稳扩展区常星黑色或质黑色 关德扩展的断口学有放射范样或人字老亮色 anc 程 材料科学与工程学院王泓主编

应力腐蚀的断口，其宏观形貌属于脆性断裂，有 时带有少量塑性撕裂痕迹。裂纹源可能有几个，但往 往是位于垂直主应力面上的那个裂纹源才引起断裂。 其裂纹源及亚稳扩展区常呈黑色或灰黑色， 失稳扩展区的断口常有放射花样或人字纹, 光亮色

所单介所作用下会停 二断裂力学在屈力)做中的用 痃力做麟裂是一种与时间有关的延滞断裘。 用裂纹扩展速率da/米描述应力腐做裂纹的亚临界扩展。 能网络课程 K C2 1 scc POLYTCHA 断裂时间 图6-4应力场强度因子K1与延断裂 时间t的关系线 材料料学与工程学院王泓主编

二 断裂力学在应力腐蚀中的应用 应力腐蚀断裂是一种与时间有关的延滞断裂。 用裂纹扩展速率da/dt来描述应力腐蚀裂纹的亚临界扩展

所单介所作用下会停 1一/Kscc的攏念 岁人降低到某一定值后,材料就不会由子应力腐做而发 断裂(即材抖寶无寿今),此时的K1就叫做威力 临界应力奶据成因子,并以K1sc表示。 当裂前糯的应力栖废因子K大于材料的Kscc时,材 就可能产生应力腐做开裂而寻致做,其开裂判据为 K 能网络课程 K,≥K 或 式中K1裂纹反力栖板度因子,公斤力毫米32 KsC)力做临界成力场质因等,斤力E*32:m 0断裂拢力,公斤力/毫犬32 0裂纹的半长度,毫米 y裂纹形系数。 材料科学与工程学院王泓主编

当裂纹前端的应力场强度因子KI大于材料的KISCC时，材 料就可能产生应力腐蚀开裂而导致破坏，其开裂判据为： 式中 KI 裂纹尖端应力场强度因子，公斤力/毫米3/2； KISCC应力腐蚀临界应力场强度因子，公斤力/毫米3/2； σ 断裂抗力，公斤力/毫米3/2 α 裂纹的半长度，毫米 Y 裂纹形状系数。 或 （一）KISCC的概念 当K1降低到某一定值后，材料就不会由于应力腐蚀而发 生断裂（即材料有无限寿命），此时的K1就叫做应力 腐蚀临界应力场强度因子，并以KISCC表示。 K1  KIscc Y a KIscc     =