材料力學(xué)性能第六章

1、12/5/2021安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院1材料力學(xué)性能材料力學(xué)性能 裴立宅裴立宅材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院Email: , 12/5/2021安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院2第六章第六章 金屬的應(yīng)力腐蝕和氫脆斷裂金屬的應(yīng)力腐蝕和氫脆斷裂12/5/2021安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院3n金屬機(jī)件在加工過程往往產(chǎn)生殘余應(yīng)力，在服金屬機(jī)件在加工過程往往產(chǎn)生殘余應(yīng)力，在服役過程中又承受外加載荷，如果與周圍環(huán)境中役過程中又承受外加載荷，如果與周圍環(huán)境中各種化學(xué)介質(zhì)或氫相接觸，便會(huì)產(chǎn)生特殊的斷各種化學(xué)介質(zhì)或氫相接觸，便會(huì)產(chǎn)生特殊的斷裂現(xiàn)象，其中主要是應(yīng)力腐蝕斷裂和氫脆斷裂裂現(xiàn)象，

2、其中主要是應(yīng)力腐蝕斷裂和氫脆斷裂等，這些斷裂形式大多為低應(yīng)力脆斷，具有很等，這些斷裂形式大多為低應(yīng)力脆斷，具有很大的危險(xiǎn)性。大的危險(xiǎn)性。n本章將闡述金屬材料應(yīng)力腐蝕和氫脆斷裂特征本章將闡述金屬材料應(yīng)力腐蝕和氫脆斷裂特征及斷裂機(jī)理，介紹金屬材料抵抗應(yīng)力腐蝕和氫及斷裂機(jī)理，介紹金屬材料抵抗應(yīng)力腐蝕和氫脆斷裂的力學(xué)性能指標(biāo)及防止其斷裂的措施。脆斷裂的力學(xué)性能指標(biāo)及防止其斷裂的措施。12/5/2021安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院4第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)力腐蝕應(yīng)力腐蝕n一、應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象及其產(chǎn)生條件一、應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象及其產(chǎn)生條件n1. 應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象n定義：定義：金屬在拉應(yīng)力和特定的化學(xué)介質(zhì)共同作用

3、下，金屬在拉應(yīng)力和特定的化學(xué)介質(zhì)共同作用下，經(jīng)過一段時(shí)間后所產(chǎn)生的低應(yīng)力脆斷現(xiàn)象，稱為經(jīng)過一段時(shí)間后所產(chǎn)生的低應(yīng)力脆斷現(xiàn)象，稱為應(yīng)應(yīng)力腐蝕斷裂（力腐蝕斷裂（Stress Corrosion Cracking, SCC）。n應(yīng)力腐蝕斷裂并不是金屬在應(yīng)力作用下的機(jī)械性破應(yīng)力腐蝕斷裂并不是金屬在應(yīng)力作用下的機(jī)械性破壞與化學(xué)介質(zhì)作用下的腐蝕性破壞的疊加造成的，壞與化學(xué)介質(zhì)作用下的腐蝕性破壞的疊加造成的，而是在應(yīng)力和化學(xué)介質(zhì)的聯(lián)合作用下，按特有機(jī)理而是在應(yīng)力和化學(xué)介質(zhì)的聯(lián)合作用下，按特有機(jī)理產(chǎn)生的斷裂，其斷裂強(qiáng)度比單個(gè)因素分別作用后再產(chǎn)生的斷裂，其斷裂強(qiáng)度比單個(gè)因素分別作用后再迭加起來的要低得多。迭加起

4、來的要低得多。12/5/2021安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院52. 產(chǎn)生條件產(chǎn)生條件n（1）應(yīng)力）應(yīng)力n在化學(xué)介質(zhì)誘導(dǎo)開裂過程中起作用的是拉應(yīng)力，焊在化學(xué)介質(zhì)誘導(dǎo)開裂過程中起作用的是拉應(yīng)力，焊接、裝配過程中產(chǎn)生的殘余拉應(yīng)力在應(yīng)力腐蝕中也接、裝配過程中產(chǎn)生的殘余拉應(yīng)力在應(yīng)力腐蝕中也有重要作用。有重要作用。n一般產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的應(yīng)力并不大，如果沒有化學(xué)介一般產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的應(yīng)力并不大，如果沒有化學(xué)介質(zhì)的協(xié)同作用，機(jī)件可在該應(yīng)力下長期服役而不斷質(zhì)的協(xié)同作用，機(jī)件可在該應(yīng)力下長期服役而不斷裂。裂。12/5/2021安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院6n（2）化學(xué)介質(zhì)）化學(xué)介質(zhì)n（3）金屬材料）金屬材料1

5、2/5/2021安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院7二、應(yīng)力腐蝕斷裂機(jī)理及斷口形貌特征二、應(yīng)力腐蝕斷裂機(jī)理及斷口形貌特征n（一）應(yīng)力腐蝕斷裂機(jī)理（一）應(yīng)力腐蝕斷裂機(jī)理n應(yīng)力腐蝕斷裂最基本的機(jī)理是滑移溶解理論（或稱鈍化應(yīng)力腐蝕斷裂最基本的機(jī)理是滑移溶解理論（或稱鈍化膜破壞理論）和氫脆理論。膜破壞理論）和氫脆理論。12/5/2021安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院8n應(yīng)力腐蝕過程中，衡量腐蝕速度的腐蝕電流應(yīng)力腐蝕過程中，衡量腐蝕速度的腐蝕電流I可可用下式表示：用下式表示：1()caIVVR12/5/2021安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院9（二）宏觀腐蝕斷口特征（二）宏觀腐蝕斷口特征n宏觀特征與疲勞

6、斷口相似，宏觀特征與疲勞斷口相似，也有亞穩(wěn)擴(kuò)展區(qū)和最后瞬斷也有亞穩(wěn)擴(kuò)展區(qū)和最后瞬斷區(qū)。區(qū)。n在亞穩(wěn)擴(kuò)展區(qū)可見到腐蝕產(chǎn)在亞穩(wěn)擴(kuò)展區(qū)可見到腐蝕產(chǎn)生和氫化現(xiàn)象，可以呈黑色生和氫化現(xiàn)象，可以呈黑色或灰黑色，具有脆性特征?；蚧液谏哂写嘈蕴卣?。n最后瞬斷區(qū)一般為快速撕裂最后瞬斷區(qū)一般為快速撕裂破壞，顯示出基體材料的特破壞，顯示出基體材料的特性。性。12/5/2021安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院10n斷口形貌：一般為沿晶斷裂，也可為穿晶解理斷裂或斷口形貌：一般為沿晶斷裂，也可為穿晶解理斷裂或準(zhǔn)解理斷裂，表面可看到準(zhǔn)解理斷裂，表面可看到“泥狀花樣泥狀花樣”的腐蝕產(chǎn)物。的腐蝕產(chǎn)物。12/5/2021安徽

7、工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院11三、應(yīng)力腐蝕抗力指標(biāo)三、應(yīng)力腐蝕抗力指標(biāo)n通常用光滑試樣在拉應(yīng)力和化學(xué)介質(zhì)共同作用下，依據(jù)發(fā)生斷通常用光滑試樣在拉應(yīng)力和化學(xué)介質(zhì)共同作用下，依據(jù)發(fā)生斷裂的持續(xù)時(shí)間來評(píng)定金屬材料的抗應(yīng)力腐蝕性能。裂的持續(xù)時(shí)間來評(píng)定金屬材料的抗應(yīng)力腐蝕性能。n測(cè)試過程：采用一組相同試樣，在不同應(yīng)力水平作用下測(cè)定其測(cè)試過程：采用一組相同試樣，在不同應(yīng)力水平作用下測(cè)定其斷裂時(shí)間斷裂時(shí)間tf，作出，作出-tf曲線。曲線。n從而求出該種材料不發(fā)生從而求出該種材料不發(fā)生應(yīng)力腐蝕的臨界應(yīng)力應(yīng)力腐蝕的臨界應(yīng)力scc，據(jù)此來研究合金元素、組據(jù)此來研究合金元素、組織結(jié)構(gòu)及化學(xué)介質(zhì)對(duì)材料織結(jié)構(gòu)及化學(xué)介

8、質(zhì)對(duì)材料應(yīng)力腐蝕敏感性的影響。應(yīng)力腐蝕敏感性的影響。12/5/2021安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院12根據(jù)斷裂力學(xué)原理，人們利用預(yù)制裂紋的試樣，引入應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子根據(jù)斷裂力學(xué)原理，人們利用預(yù)制裂紋的試樣，引入應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子KI的概念來研究金屬材料的抗應(yīng)力腐蝕性能，得到了兩個(gè)重要的應(yīng)力的概念來研究金屬材料的抗應(yīng)力腐蝕性能，得到了兩個(gè)重要的應(yīng)力腐蝕抗力指標(biāo)，即應(yīng)力腐蝕臨界應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子腐蝕抗力指標(biāo)，即應(yīng)力腐蝕臨界應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子KISCC和應(yīng)力腐蝕裂紋和應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展速率擴(kuò)展速率da/dt，這兩個(gè)指標(biāo)可用于機(jī)件的選材和設(shè)計(jì)。，這兩個(gè)指標(biāo)可用于機(jī)件的選材和設(shè)計(jì)。n（一）（一）KISCCn試驗(yàn)表明

9、：在恒定載荷和特定化學(xué)介質(zhì)作用下，帶有預(yù)制裂紋試驗(yàn)表明：在恒定載荷和特定化學(xué)介質(zhì)作用下，帶有預(yù)制裂紋的金屬試樣，產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕斷裂的時(shí)間與初始應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子的金屬試樣，產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕斷裂的時(shí)間與初始應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子KI初初有關(guān)。有關(guān)。12/5/2021安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院13n人們將試樣在特定化學(xué)介質(zhì)中不發(fā)生應(yīng)力腐蝕斷裂的最人們將試樣在特定化學(xué)介質(zhì)中不發(fā)生應(yīng)力腐蝕斷裂的最大應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子稱為應(yīng)力腐蝕臨界應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子大應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子稱為應(yīng)力腐蝕臨界應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子（或稱為應(yīng)力腐蝕門檻值），（或稱為應(yīng)力腐蝕門檻值）， 以以KISCC表示。表示。n對(duì)于大多數(shù)金屬材料，在特定的化學(xué)介質(zhì)中的對(duì)于大

10、多數(shù)金屬材料，在特定的化學(xué)介質(zhì)中的KISCC值值一定，所以一定，所以KISCC可以作為金屬材料的力學(xué)性能指標(biāo)可以作為金屬材料的力學(xué)性能指標(biāo)n表示表示含有宏觀裂紋的材料，在應(yīng)力腐蝕條件下的斷裂韌含有宏觀裂紋的材料，在應(yīng)力腐蝕條件下的斷裂韌度度n對(duì)于含有裂紋的機(jī)件，當(dāng)對(duì)于含有裂紋的機(jī)件，當(dāng)KI初初KISCC時(shí)，原始裂紋在化時(shí)，原始裂紋在化學(xué)介質(zhì)和力共同作用下不會(huì)擴(kuò)展，機(jī)件可安全服役學(xué)介質(zhì)和力共同作用下不會(huì)擴(kuò)展，機(jī)件可安全服役n因此，因此，KI初初KISCC是材料在應(yīng)力腐蝕條件下的斷裂判據(jù)是材料在應(yīng)力腐蝕條件下的斷裂判據(jù)12/5/2021安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院14n測(cè)定金屬材料的測(cè)定金屬材

11、料的KISCC值可值可用用恒載荷法或恒位移法恒載荷法或恒位移法。n以恒載荷法的以恒載荷法的懸臂梁彎曲懸臂梁彎曲試驗(yàn)法試驗(yàn)法最常用，所用試樣最常用，所用試樣與測(cè)定的與測(cè)定的KIC的三點(diǎn)彎曲試的三點(diǎn)彎曲試樣相同。樣相同。12/5/2021安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院15n試樣的一端固定在機(jī)架上，另一端與力臂相試樣的一端固定在機(jī)架上，另一端與力臂相連，力臂端并沒有通過砝碼進(jìn)行加載，試樣連，力臂端并沒有通過砝碼進(jìn)行加載，試樣穿在溶液槽中，使預(yù)制裂紋沉浸在化學(xué)介質(zhì)穿在溶液槽中，使預(yù)制裂紋沉浸在化學(xué)介質(zhì)中。中。n整個(gè)試驗(yàn)過程中載荷恒定，所以隨著裂紋擴(kuò)整個(gè)試驗(yàn)過程中載荷恒定，所以隨著裂紋擴(kuò)展，裂紋尖端的

12、展，裂紋尖端的KI增大：增大：12/5/2021安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院16n試樣實(shí)驗(yàn)時(shí)必須制備一試樣實(shí)驗(yàn)時(shí)必須制備一組尺寸相同的試樣，每組尺寸相同的試樣，每個(gè)試樣承受不同的恒定個(gè)試樣承受不同的恒定載荷載荷F，使裂紋尖端產(chǎn)生，使裂紋尖端產(chǎn)生不同大小的不同大小的KI初初，記錄，記錄試樣在各種試樣在各種KI初初作用下作用下的斷裂時(shí)間的斷裂時(shí)間tf，n曲線水平部分對(duì)應(yīng)的曲線水平部分對(duì)應(yīng)的KI初初就是材料的就是材料的KISCC。12/5/2021安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院17n（二）應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展速（二）應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展速率率da/dtn當(dāng)應(yīng)力腐蝕裂紋尖端的當(dāng)應(yīng)力腐蝕裂紋尖端的KIKI

13、SCC時(shí)，裂紋就會(huì)不斷時(shí)，裂紋就會(huì)不斷擴(kuò)展。擴(kuò)展。n單位時(shí)間內(nèi)裂紋的擴(kuò)展量就單位時(shí)間內(nèi)裂紋的擴(kuò)展量就稱為應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展速率，稱為應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展速率，da/dt。12/5/2021安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院18四四 防止應(yīng)力腐蝕的措施防止應(yīng)力腐蝕的措施n(1) 合理選擇金屬材料合理選擇金屬材料n針對(duì)機(jī)件所受應(yīng)力和接觸的化學(xué)介質(zhì)，選用針對(duì)機(jī)件所受應(yīng)力和接觸的化學(xué)介質(zhì)，選用 耐應(yīng)力腐蝕的金屬耐應(yīng)力腐蝕的金屬材料，這是一個(gè)基本原則。材料，這是一個(gè)基本原則。n例如：銅對(duì)氨的應(yīng)力腐蝕敏感性很高，因此，接觸氨的機(jī)件就例如：銅對(duì)氨的應(yīng)力腐蝕敏感性很高，因此，接觸氨的機(jī)件就應(yīng)避免使用銅合金。應(yīng)避免使用

14、銅合金。n(2) 減少或消除機(jī)件中的殘余拉應(yīng)力減少或消除機(jī)件中的殘余拉應(yīng)力n殘余拉應(yīng)力是產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的重要原因，主要是由于金屬機(jī)件殘余拉應(yīng)力是產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的重要原因，主要是由于金屬機(jī)件的設(shè)計(jì)和加工工藝不合理產(chǎn)生。的設(shè)計(jì)和加工工藝不合理產(chǎn)生。n因此，應(yīng)盡量減少機(jī)件上的應(yīng)力集中效應(yīng)，加熱和冷卻均勻。因此，應(yīng)盡量減少機(jī)件上的應(yīng)力集中效應(yīng)，加熱和冷卻均勻。必要時(shí)采用退火工藝消除應(yīng)力。如果能采用噴丸或其它表面處必要時(shí)采用退火工藝消除應(yīng)力。如果能采用噴丸或其它表面處理方法，使機(jī)件表層中產(chǎn)生一定的殘余壓應(yīng)力，則更為有效。理方法，使機(jī)件表層中產(chǎn)生一定的殘余壓應(yīng)力，則更為有效。12/5/2021安徽工業(yè)大學(xué) 材

15、料科學(xué)與工程學(xué)院19n(3) 改善化學(xué)介質(zhì)改善化學(xué)介質(zhì)n一方面設(shè)法減少和消除促進(jìn)應(yīng)力腐蝕開裂的有害化學(xué)離子，如一方面設(shè)法減少和消除促進(jìn)應(yīng)力腐蝕開裂的有害化學(xué)離子，如通過水凈化處理，降低冷卻水與蒸汽中的氯離子含量，對(duì)預(yù)防通過水凈化處理，降低冷卻水與蒸汽中的氯離子含量，對(duì)預(yù)防奧氏體不銹鋼十分有效。奧氏體不銹鋼十分有效。n另一方面可在化學(xué)介質(zhì)中添加緩蝕劑，如在高溫水中加入加入另一方面可在化學(xué)介質(zhì)中添加緩蝕劑，如在高溫水中加入加入一定量的磷酸鹽，可使鉻鎳奧氏體不銹鋼抗應(yīng)力腐蝕性能大大一定量的磷酸鹽，可使鉻鎳奧氏體不銹鋼抗應(yīng)力腐蝕性能大大提高。提高。n(4) 采用電化學(xué)保護(hù)采用電化學(xué)保護(hù)n由于金屬在化學(xué)

16、介質(zhì)中只有在一定的電極電位范圍內(nèi)才會(huì)產(chǎn)生由于金屬在化學(xué)介質(zhì)中只有在一定的電極電位范圍內(nèi)才會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象，因此，采用外加電位的方法，使金屬在化學(xué)介應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象，因此，采用外加電位的方法，使金屬在化學(xué)介質(zhì)中的電位遠(yuǎn)離應(yīng)力腐蝕敏感電位區(qū)域，也是防止應(yīng)力腐蝕的質(zhì)中的電位遠(yuǎn)離應(yīng)力腐蝕敏感電位區(qū)域，也是防止應(yīng)力腐蝕的一種措施。一種措施。12/5/2021安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院20第二節(jié)第二節(jié) 氫脆氫脆n定義：定義：由于由于氫與應(yīng)力氫與應(yīng)力的共同作用而導(dǎo)致金屬材料產(chǎn)的共同作用而導(dǎo)致金屬材料產(chǎn)生脆性斷裂的現(xiàn)象，稱為氫脆斷裂，簡(jiǎn)稱氫脆。生脆性斷裂的現(xiàn)象，稱為氫脆斷裂，簡(jiǎn)稱氫脆。nH的來源的來源n(

17、1) 內(nèi)含的內(nèi)含的 金屬在熔煉過程中及隨后的加工過程金屬在熔煉過程中及隨后的加工過程（如焊接、酸洗、電鍍）中吸收的氫（如焊接、酸洗、電鍍）中吸收的氫n(2) 外來的外來的 機(jī)件在服役過程中從含氫環(huán)境中吸收的機(jī)件在服役過程中從含氫環(huán)境中吸收的H12/5/2021安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院21n（一）氫在金屬中的存在形式：（一）氫在金屬中的存在形式：n(1) 一般氫以間隙原子狀態(tài)固溶在金屬中，其溶解度一般氫以間隙原子狀態(tài)固溶在金屬中，其溶解度隨溫度降低而降低隨溫度降低而降低n(2) 擴(kuò)展聚集在較大的缺陷（如空洞、氣泡、裂紋等）擴(kuò)展聚集在較大的缺陷（如空洞、氣泡、裂紋等）處，以氫分子存在處，以

18、氫分子存在n(3) 與一些過渡族、稀土或堿土金屬元素作用生成氫與一些過渡族、稀土或堿土金屬元素作用生成氫化物，或與金屬中的第二相作用生成氣體產(chǎn)物，如化物，或與金屬中的第二相作用生成氣體產(chǎn)物，如鋼中的鋼中的H可與滲碳體中的碳作用形成甲烷等?？膳c滲碳體中的碳作用形成甲烷等。12/5/2021安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院22（二）氫脆類型及其特征（二）氫脆類型及其特征n氫脆對(duì)金屬性能的影響都是有害的，由于氫在金屬中存在的狀氫脆對(duì)金屬性能的影響都是有害的，由于氫在金屬中存在的狀態(tài)不同以及氫與金屬交互作用性質(zhì)的不同，氫可通過不同的機(jī)態(tài)不同以及氫與金屬交互作用性質(zhì)的不同，氫可通過不同的機(jī)件使金屬脆化，

19、因而氫脆的種類很多。件使金屬脆化，因而氫脆的種類很多。n常見的幾種氫脆及其特征：常見的幾種氫脆及其特征：n(1) 氫蝕氫蝕n這是由于氫與金屬中的第二相作用生成高壓氣體，使基體金屬這是由于氫與金屬中的第二相作用生成高壓氣體，使基體金屬晶界結(jié)合力減弱而導(dǎo)致金屬脆化。這種氫脆現(xiàn)象的斷裂源產(chǎn)生晶界結(jié)合力減弱而導(dǎo)致金屬脆化。這種氫脆現(xiàn)象的斷裂源產(chǎn)生在機(jī)件與高溫、高壓氫氣相接觸的部位。對(duì)碳鋼來說，低于在機(jī)件與高溫、高壓氫氣相接觸的部位。對(duì)碳鋼來說，低于220時(shí)不發(fā)生氫蝕。時(shí)不發(fā)生氫蝕。12/5/2021安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院23(2) 白點(diǎn)（發(fā)裂）白點(diǎn)（發(fā)裂）n當(dāng)鋼中含有過量的氫時(shí)，隨著溫度降低

20、氫在鋼中的溶解度減小。當(dāng)鋼中含有過量的氫時(shí)，隨著溫度降低氫在鋼中的溶解度減小。如果過飽和的氫未能擴(kuò)散逸出，便聚集在某些缺陷處而形成如果過飽和的氫未能擴(kuò)散逸出，便聚集在某些缺陷處而形成H2分子。分子。n此時(shí)，氫的體積發(fā)生急劇膨脹，內(nèi)壓力很大足以將金屬局部撕此時(shí)，氫的體積發(fā)生急劇膨脹，內(nèi)壓力很大足以將金屬局部撕裂，形成微裂紋。裂，形成微裂紋。n這種微裂紋的斷面呈圓形或橢圓形，顏色為銀白色，所以稱為這種微裂紋的斷面呈圓形或橢圓形，顏色為銀白色，所以稱為白點(diǎn)。白點(diǎn)。12/5/2021安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院24(3) 氫化物致脆氫化物致脆n對(duì)于對(duì)于IVB族或族或VB族金屬（如鈦、族金屬（如鈦、

21、-鈦合金、鈦合金、 Ni、V、Zr、Nd及及其合金），由于與其合金），由于與H有較大的親和力，容易生成脆性氫化物，有較大的親和力，容易生成脆性氫化物，使金屬脆化。使金屬脆化。(4) 氫致延滯斷裂氫致延滯斷裂n高強(qiáng)度鋼或鈦合金中，含有適量的處于固溶狀態(tài)的氫，在低于高強(qiáng)度鋼或鈦合金中，含有適量的處于固溶狀態(tài)的氫，在低于屈服強(qiáng)度的應(yīng)力持續(xù)作用下，經(jīng)過一段時(shí)間孕育后，在金屬內(nèi)屈服強(qiáng)度的應(yīng)力持續(xù)作用下，經(jīng)過一段時(shí)間孕育后，在金屬內(nèi)部，特別是在三向拉應(yīng)力區(qū)形成裂紋，裂紋逐步擴(kuò)展，最后突部，特別是在三向拉應(yīng)力區(qū)形成裂紋，裂紋逐步擴(kuò)展，最后突然發(fā)生脆性斷裂。然發(fā)生脆性斷裂。n這種由于氫的作用而產(chǎn)生的延滯斷裂現(xiàn)

22、象稱為這種由于氫的作用而產(chǎn)生的延滯斷裂現(xiàn)象稱為氫致延滯斷裂氫致延滯斷裂，工程上的氫脆多為此類。工程上的氫脆多為此類。12/5/2021安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院25n(1) 只在一定溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)，如高強(qiáng)度鋼多出現(xiàn)在只在一定溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)，如高強(qiáng)度鋼多出現(xiàn)在-100150之間，在室溫下最敏感。之間，在室溫下最敏感。n(2) 提高應(yīng)變速率，材料對(duì)氫脆的敏感性降低，因此，只有提高應(yīng)變速率，材料對(duì)氫脆的敏感性降低，因此，只有在在慢速加載試驗(yàn)慢速加載試驗(yàn)中才能顯示這類脆性。中才能顯示這類脆性。n(3) 可顯著降低金屬材料的斷后伸長率，但含氫量超過一定可顯著降低金屬材料的斷后伸長率，但含氫量超過一

23、定數(shù)值后，斷后伸長率不再變化。數(shù)值后，斷后伸長率不再變化。n(4) 高強(qiáng)度鋼的氫致延滯斷裂還具有可逆性。高強(qiáng)度鋼的氫致延滯斷裂還具有可逆性。氫致延滯斷裂特點(diǎn)：氫致延滯斷裂特點(diǎn)：12/5/2021安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院26三、鋼的氫致延滯斷裂機(jī)理三、鋼的氫致延滯斷裂機(jī)理n鋼的表面單純吸附氫原子是不會(huì)產(chǎn)生氫脆的，氫必鋼的表面單純吸附氫原子是不會(huì)產(chǎn)生氫脆的，氫必須進(jìn)行須進(jìn)行-Fe晶格中并偏聚到一定濃度后才能形成裂晶格中并偏聚到一定濃度后才能形成裂紋。紋。n因此，由環(huán)境介質(zhì)中的氫引起氫致延滯斷裂必須經(jīng)因此，由環(huán)境介質(zhì)中的氫引起氫致延滯斷裂必須經(jīng)過三個(gè)步驟：過三個(gè)步驟：n氫原子進(jìn)入鋼中、氫在鋼

24、中的遷移和氫的偏聚氫原子進(jìn)入鋼中、氫在鋼中的遷移和氫的偏聚。n這三個(gè)步驟都需要時(shí)間，這就是這三個(gè)步驟都需要時(shí)間，這就是氫致延滯斷裂的孕氫致延滯斷裂的孕育階段育階段。12/5/2021安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院27n由于氫使晶格膨脹，所以拉應(yīng)力將促由于氫使晶格膨脹，所以拉應(yīng)力將促進(jìn)氫的溶解。進(jìn)氫的溶解。n在外加應(yīng)力作用下，金屬中已形成裂在外加應(yīng)力作用下，金屬中已形成裂紋的尖端是三向拉應(yīng)力區(qū)，因而氫原紋的尖端是三向拉應(yīng)力區(qū)，因而氫原子易于通過位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)向裂紋尖端區(qū)域子易于通過位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)向裂紋尖端區(qū)域聚集。聚集。n氫原子一般偏聚在裂紋尖端塑性區(qū)與氫原子一般偏聚在裂紋尖端塑性區(qū)與彈性區(qū)的界面上，當(dāng)偏

25、聚濃度再次達(dá)彈性區(qū)的界面上，當(dāng)偏聚濃度再次達(dá)到臨界值時(shí)，便使這個(gè)區(qū)域明顯脆化到臨界值時(shí)，便使這個(gè)區(qū)域明顯脆化而形成新裂紋。而形成新裂紋。n新裂紋與原裂紋的尖端相匯合，裂紋新裂紋與原裂紋的尖端相匯合，裂紋便擴(kuò)展一段距離，隨后又停止，見右便擴(kuò)展一段距離，隨后又停止，見右圖圖(a)。n以后是再孕育、再擴(kuò)展，最后，當(dāng)裂以后是再孕育、再擴(kuò)展，最后，當(dāng)裂紋經(jīng)亞穩(wěn)擴(kuò)展達(dá)到臨界尺寸時(shí)便失穩(wěn)紋經(jīng)亞穩(wěn)擴(kuò)展達(dá)到臨界尺寸時(shí)便失穩(wěn)擴(kuò)展而斷裂。因此，氫致延滯斷裂的擴(kuò)展而斷裂。因此，氫致延滯斷裂的擴(kuò)展方式是步進(jìn)式，這是與應(yīng)力腐蝕擴(kuò)展方式是步進(jìn)式，這是與應(yīng)力腐蝕裂紋漸進(jìn)式擴(kuò)展方式不同的。裂紋漸進(jìn)式擴(kuò)展方式不同的。12/5/2021安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院28四、氫致延滯斷裂與應(yīng)力腐蝕的關(guān)系四、氫致延滯斷裂與應(yīng)力腐蝕的關(guān)系n兩者的區(qū)別在于兩者的區(qū)別在于應(yīng)力腐蝕為應(yīng)力腐蝕為陽極溶解過程（圖陽極溶解過程（圖a），形），形成所謂的陽極活性通道