材料腐蝕學(xué)第3章

1、第3,局部腐蝕,占17.8%,占82.2%,3-1,3-1-1全面腐蝕的定義及特征,是較常見的腐蝕，指整個(gè)金屬表面均發(fā)生腐蝕，可以是均勻的也可以是非均勻的。,鋼鐵件在大氣、海水及稀的還原性介質(zhì)中的腐蝕、金屬的高溫氧化都屬于全面腐蝕。,同時(shí)允許具有一定程度的不均勻性,全面腐蝕：,各部位腐蝕速率接近,金屬的表面比較均勻地減薄，無(wú) 明顯的腐蝕形態(tài)差別,同時(shí)次生腐蝕產(chǎn)物又可在陰、陽(yáng)極交 界的第三地點(diǎn)形成,3-1-2 局部腐蝕,腐蝕的發(fā)生在金屬的某一特定部位,陽(yáng)極區(qū)和陰極區(qū)可以截然分開，其位 值可以用肉眼或微觀觀察加以區(qū)分；,3-2-1 電偶腐蝕(galvanic corrosion),(1)定義：在電

2、解質(zhì)溶液中，當(dāng)兩種金屬或合金相接觸（電導(dǎo)通）時(shí)，電位較負(fù)的金屬腐蝕被加速，而電位較正的金屬受到保護(hù)的腐蝕現(xiàn)象。,3-2典型的局部腐蝕,(2) 電偶腐蝕的特點(diǎn),普遍性,利用電偶腐蝕的原理可以采用賤金屬的犧牲對(duì)有用的部件進(jìn)行犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)。,(3)電偶序,電偶腐蝕的推動(dòng)力：接觸金屬的電位差,電動(dòng)序：金屬置于含有該金屬鹽的溶液中在標(biāo)準(zhǔn)條件下測(cè)定的熱力學(xué)平衡電位。 實(shí)際腐蝕體系：非純金屬、雜質(zhì)或合金、鈍化膜 電動(dòng)序并不適用,電偶序：實(shí)際金屬或合金在特定介質(zhì)中的實(shí)際電位（非平衡）的次序，不同介質(zhì)中具有不同的電偶序。,金屬或合金在海 水中的電偶序,材料在電偶序中的位置，只能反映其腐蝕傾向，不能表示其腐蝕

3、速率。,電位逆轉(zhuǎn),al和mg在中性nacl溶液中接觸，開始時(shí)al比mg的電位正，mg發(fā)生陽(yáng)極溶解；隨后mg的溶解使介質(zhì)變成堿性，電位出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)，al變成了陽(yáng)極。,兩金屬開路電位相差很大，偶接后電偶腐蝕傾向大，實(shí)際腐蝕速度不一定大,極化因素,電偶對(duì)中的陰陽(yáng)極面積比、表面膜狀態(tài)、腐蝕產(chǎn)物性質(zhì)、介質(zhì)流速等均對(duì)極化性能產(chǎn)生影響,(4) 影響電偶腐蝕的因素,電化學(xué)因素,電位差,極化,極化是影響腐蝕速度的重要因素，無(wú)論是陽(yáng)極極化還是陰極極化，當(dāng)極化率減小時(shí)，電偶腐蝕都會(huì)加強(qiáng)。,介質(zhì)電導(dǎo)率,溶液電阻,陽(yáng)極金屬腐蝕電流分布不均勻：距結(jié)合部越遠(yuǎn)，電流傳導(dǎo)的電阻越大，腐蝕電流就越小，溶液電阻影響電偶腐蝕作用的“有效

4、距離” 越小。,如海水：,電導(dǎo)率高，溶液歐姆可以忽略，電偶電流可以分散到較遠(yuǎn)的陽(yáng)極表面，陽(yáng)極腐蝕較“均勻” 。,如大氣：,電導(dǎo)率低，歐姆大，腐蝕集中在離接觸點(diǎn)較近的陽(yáng)極表面，相當(dāng)于“縮小”陽(yáng)極有效面積，加大局部腐蝕。,環(huán)境因素,介質(zhì)組成,水溶液體系：錫對(duì)于鐵是陰極,大多數(shù)有機(jī)酸：錫對(duì)于鐵是陽(yáng)極,溫度,影響腐蝕電流,改變金屬表面膜或腐蝕產(chǎn)物結(jié)構(gòu),zn-fe：冷水中，zn是陽(yáng)極； 熱水中（80），zn是陰極,鋼鐵鍍鋅后：熱水洗溫度70，防止zn鍍層轉(zhuǎn)為陰極性鍍層, ph,al-mg：中性或弱酸性，al是陰極,mg陽(yáng)極溶解溶液變?yōu)閴A性al變?yōu)殛?yáng)極,攪拌,改變供氧，改變金屬表面狀態(tài),不銹鋼銅：,靜止海

5、水：不銹鋼為活化態(tài)，陽(yáng)極,流動(dòng)海水：不銹鋼為鈍化態(tài)，陰極,面積效應(yīng),大陰極，小陽(yáng)極，陽(yáng)極金屬腐蝕加劇,海水中：,鋼鉚釘固定銅板：小陽(yáng)極-大陰極，鋼鉚釘被強(qiáng)烈腐蝕；,銅鉚釘連接鋼板：大陽(yáng)極-小陰極，銅鉚釘仍能固定鋼板。,(5)防止電偶腐蝕的措施,設(shè)計(jì)和組裝,盡量選擇在電偶序中位置靠近的金屬組合,避免“大陰極小陽(yáng)極”的組合結(jié)構(gòu),不同金屬部件之間應(yīng)采取絕緣,陽(yáng)極部件設(shè)計(jì)為易于更換、且價(jià)廉的材料,使用介質(zhì)不一定有現(xiàn)成的電偶序，需要預(yù) 先試驗(yàn),涂層或鍍層,陽(yáng)極、陰極同時(shí)覆蓋,金屬鍍層:在兩種金屬表面鍍同一種金屬鍍層,陰極保護(hù),緩蝕劑,3-2-2 點(diǎn)腐蝕（點(diǎn)蝕）(pitting),又稱坑蝕、孔蝕或小孔腐蝕

6、,(1)點(diǎn)蝕的定義或特點(diǎn),是一種腐蝕集中在金屬（合金）表面數(shù)十微米范圍內(nèi)且向縱深方向發(fā)展，蝕孔直徑小、深度深.,多發(fā)于表面易鈍化的金屬材料，eg:不銹鋼,鋁,鋁合金或碳鋼表面鍍錫,銅,鎳等;,含特殊離子(鹵素)介質(zhì)中更易發(fā)生點(diǎn)蝕；,是破壞性和隱患最大的腐蝕形態(tài)之一。,(2)點(diǎn)蝕孔的形狀,(3)點(diǎn)蝕的表征,點(diǎn)蝕程度用點(diǎn)蝕系數(shù)來(lái)表示，即蝕孔的最大深度和金屬平均腐蝕深度的比值。,(4)點(diǎn)蝕的危害,局部腐蝕速度很快，常使設(shè)備和管壁穿孔，從而導(dǎo) 致突發(fā)事故;,蝕孔尺寸很小,且經(jīng)常被腐蝕產(chǎn)物遮蓋檢查比較困難;,是破壞性和隱患性最大的腐蝕形態(tài)。,(4)點(diǎn)蝕發(fā)生的條件,滿足材料、介質(zhì)和電化學(xué)三個(gè)方面的條件,點(diǎn)

7、蝕多發(fā)生在表面容易鈍化的金屬材料上或表面有陰極性鍍層的金屬上,如不銹鋼、al及al合金，或如鍍sn、cu或ni的碳鋼表面,當(dāng)鈍化膜或陰極性鍍層局部發(fā)生破壞時(shí)，破壞區(qū)的金屬和未破壞區(qū)形成了大陰極、小陽(yáng)極的“鈍化-活化腐蝕電池”，使腐蝕向基體縱深發(fā)展而形成蝕孔。,點(diǎn)蝕發(fā)生于有特殊離子的腐蝕介質(zhì)中,這些陰離子在金屬表面不均勻吸附易導(dǎo)致鈍化膜的不均勻破壞，誘發(fā)點(diǎn)蝕。,順序：clbri,不銹鋼對(duì)鹵素離子特別敏感,點(diǎn)蝕發(fā)生在特定臨界電位以上(點(diǎn)蝕電位或破裂電位eb),eb 、ep將曲線劃分三個(gè)區(qū)：,a:e eb, 產(chǎn)生新的點(diǎn)蝕孔,舊的繼續(xù)長(zhǎng)大；,b: ep e eb, 新的不產(chǎn)生,舊的繼續(xù)長(zhǎng)大；,c:e

8、ep, 原有的點(diǎn)蝕孔鈍化,新的不生成；,結(jié)論：,(5) 點(diǎn)蝕的形成機(jī)理, eb越正，材料耐點(diǎn)蝕性能越好；, eb 、ep值越接近，說(shuō)明鈍化膜的修 復(fù)能力越強(qiáng)。,第一階段：蝕孔成核（萌生）,鈍化膜破壞（成相膜和吸附理論）,敏感形核位置,k常數(shù)， cl-在一定臨界值以下不發(fā)生點(diǎn)蝕,碳鋼發(fā)生點(diǎn)蝕的孕育期的倒數(shù)與cl-濃度呈線性關(guān)系：,孕育期：從金屬與溶液接觸到點(diǎn)蝕產(chǎn)生的這段時(shí)間,點(diǎn)蝕敏感形核位置,金屬材料表面組織和結(jié)構(gòu)的不均勻性使表面鈍化膜的某些部位較為薄弱，從而成為點(diǎn)蝕容易形核的部位.,晶界、夾雜、位錯(cuò)和異相組織,a: 晶界,表面結(jié)構(gòu)不均勻性，晶界處有析出相時(shí)更為突出,在奧氏體不銹鋼晶界析出的碳化

9、物相及鐵素體或復(fù)相不銹鋼晶界析出的高鉻相,由于晶界結(jié)構(gòu)的不均勻性及吸附導(dǎo)致晶界處產(chǎn)生化學(xué)不均勻性,b:位錯(cuò),金屬材料表面露頭位錯(cuò)也是產(chǎn)生點(diǎn)蝕的敏感部位,c:異相組織,耐蝕合金元素在不同相中的分布不同，使不同的相具有不同的點(diǎn)蝕敏感性，即具有不同的eb值.,在鐵素體奧氏體雙相不銹鋼中，鐵素體相中的cr、mo含量較高，易鈍化；而奧氏體相容易破裂。點(diǎn)蝕一般發(fā)生在鐵素體和奧氏體的相界處奧氏體一側(cè)。,d:夾雜物,硫化物夾雜是碳鋼、低合金鋼、不銹鋼以及ni等材料萌生點(diǎn)蝕最敏感的位置。,常見的fes和mns夾雜,閉塞電池 自催化酸化機(jī)制,以不銹鋼在含cl-的中性介質(zhì)中的腐蝕過(guò)程為例討論點(diǎn)蝕孔的生長(zhǎng)：,第二階段

10、：蝕孔生長(zhǎng)（發(fā)展）,以“閉塞電池 ”的形成為基礎(chǔ)，進(jìn)而形成“活化-鈍化腐蝕電池”的自催化酸化作用,孔內(nèi)h+去極化, 孔外氧去極化綜合作用, 加速孔底金屬的腐蝕，向縱深發(fā)展，導(dǎo)致腐蝕穿孔。,(陰極),孔內(nèi):陽(yáng)極反應(yīng),fefe2+ + 2e,孔外:陰極反應(yīng),1/2o2 + h2o +2e 2oh-,孔口:ph升高，產(chǎn)生二次產(chǎn)物,fecl2,hcl,濃縮酸性氯化物,水解ph值下降,材料因素：,(6) 點(diǎn)蝕的影響因素及預(yù)防措施,a對(duì)于不銹鋼，cr是最有效提高點(diǎn)蝕性能的合金元素。,cr含量，,點(diǎn)蝕電位（正移）；,若與mo、ni、n復(fù)合，則效果更佳。,b熱處理的影響。,若鋼中p、s、c含量，點(diǎn)蝕敏感性 ,

11、奧氏體不銹鋼經(jīng)固溶處理后耐點(diǎn)蝕,環(huán)境因素：,a鹵素：,易發(fā)生特性吸附，增加點(diǎn)蝕敏感性,排列順序： cl- br- i-,b其它離子：,fe3+、cu2+、hg2+等可加速點(diǎn)蝕的發(fā)展,c溶液ph值,在3%的nacl溶液中，隨ph ，ept ,酸性溶液中， ph影響不確定,隨ph ，ept ,d溫度的影響,在nacl溶液中，,隨t ，ept ,點(diǎn)蝕坑數(shù)目急劇增加。,e介質(zhì)流動(dòng)速度,流動(dòng)介質(zhì)中的點(diǎn)蝕速度比靜止介質(zhì)中的小,點(diǎn)蝕預(yù)防,a加入抗點(diǎn)蝕的合金元素,b電化學(xué)保護(hù),外加陰極電流，使eeb,c添加緩蝕劑,eg: 加cr、mo或降s、c,常用的有：硝酸鹽、亞硝酸鹽、鉻酸鹽、磷酸鹽等。,3-2-3 縫隙

12、腐蝕 (crevice corrosion),結(jié)構(gòu)件相互連接，縫隙不可避免;,縫隙腐蝕減小部件有效幾何尺寸，降 低吻合程度；,縫內(nèi)腐蝕產(chǎn)物體積增大，形成局部應(yīng) 力，使裝配困難。,(1) 定義及特點(diǎn),在金屬與金屬及金屬和非金屬之間構(gòu)成狹窄的縫隙內(nèi)，有電解質(zhì)溶液存在，介質(zhì)的遷移受到阻滯時(shí)產(chǎn)生的一種局部腐蝕形態(tài),(2) 特點(diǎn),(3) 縫隙腐蝕發(fā)生的部位,不同結(jié)構(gòu)件之間的連接,金屬和金屬之間的鉚接、搭焊、螺紋連接,法蘭盤襯墊等金屬和非金屬之間的接觸,在金屬表面的沉積物、附著物、涂膜等,(4)縫隙腐蝕的特征,縫隙腐蝕的臨界電位比點(diǎn)蝕電位低，更易發(fā)生。當(dāng)epeeb時(shí)，原有的蝕孔可以發(fā)展，但不會(huì)產(chǎn)生新的蝕孔

13、；而縫隙腐蝕在該電位區(qū)間內(nèi)，既能發(fā)生，又能發(fā)展。,與點(diǎn)蝕不同，縫隙腐蝕可發(fā)生在所有金屬和合金上，易鈍化金屬及合金更易發(fā)生；,任何介質(zhì)（酸、堿、鹽）均可發(fā)生縫隙腐蝕，含cl-的溶液更易發(fā)生。,(5)縫隙腐蝕發(fā)生的幾何條件, 縫隙,寬到溶液能夠流入縫隙內(nèi),窄到能維持液體在縫內(nèi)停滯, 敏感縫寬在0.0250.1mm之間,(6) 縫隙腐蝕機(jī)理,腐蝕前：,腐蝕起始階段,逢內(nèi)缺氧，逢外富氧，形成“氧濃差電池”,縫隙幾何形狀及產(chǎn)物堆積形成“閉塞電池”,閉塞電池引起酸化自催化作用。,縫內(nèi)外的金屬表面發(fā)生相同的陰、陽(yáng)極反應(yīng),陰極：1/2o2 + h2o +2e 2oh-,陽(yáng)極：mm2+ + 2e,腐蝕加速階段,

14、在整個(gè)表面均勻發(fā)生陽(yáng)極和陰極反應(yīng),縫隙內(nèi)氧濃度降低，氧還原反應(yīng)終止；縫隙外供氧充分，氧還原反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行 構(gòu)成氧濃差電池,縫內(nèi)陽(yáng)極，縫外陰極, 縫隙內(nèi)：mm2+ + 2e 縫隙外：1/2o2 + h2o +2e 2oh-,在縫隙口容易形成二次腐蝕產(chǎn)物沉淀 閉塞電池,“閉塞電池”形成,縫隙內(nèi)金屬離子難以遷出，正電荷過(guò)剩,吸引縫隙外 cl- 進(jìn)入縫隙，以保持電荷平衡, 縫隙內(nèi)高濃度氯化物水解,mn+ ncl- + nh2o m(oh)n + nhcl,縫隙內(nèi)介質(zhì)嚴(yán)重酸化，ph3，加速陽(yáng)極溶解, 陽(yáng)極加速溶解，又引起更多cl-遷入，氯化物濃度增加，氯化物水解又使介質(zhì)進(jìn)一步酸化，又使陽(yáng)極溶解：往復(fù)循環(huán),

15、形成閉塞電池內(nèi)的自催化溶解過(guò)程,ni-cr合金縫隙腐蝕,縫內(nèi)活化區(qū),縫外鈍化區(qū),(7) 防止措施,合理設(shè)計(jì)，避免形成縫隙；,采用非吸濕材料的墊片；,采用外加電流陽(yáng)極保護(hù)，使eeb ；,選擇耐縫隙腐蝕的材料。,應(yīng)用緩蝕劑：采用足量的磷酸鹽、鉻酸鹽和亞硝酸鹽的混合物，對(duì)鋼、黃銅和zn結(jié)構(gòu)是有效的，也可以在結(jié)合面上涂加有緩蝕劑的油漆。,最好,特殊的縫隙腐蝕 絲狀腐蝕(filiform corrosion ),具有涂層的金屬表面往往產(chǎn)生形如絲狀的腐蝕，因多數(shù)發(fā)生在漆膜下面，也稱膜下腐蝕,鍍鎳鋼板、鍍鉻或搪 瓷的鋼件，清漆、瓷 漆下的金屬腐蝕,*發(fā)展成為縫隙腐蝕或點(diǎn)蝕；,*誘發(fā)應(yīng)力腐蝕；,*損害金屬外觀

16、；,*使涂層失效：如炮彈鋼殼。,特征：密集紊亂發(fā)絲狀 由兩部分組成,腐蝕絲由一個(gè)藍(lán)綠色v字型活性頭部和一個(gè)棕紅色的腐蝕產(chǎn)物尾巴構(gòu)成，0.10.5mm，漆膜拱高0.050.08mm,活性頭部：亞鐵離子，酸性 溶液，腐蝕只在頭部發(fā)生,非活性尾部：三氧化二鐵水合物，堿性，由腐蝕產(chǎn)物堆積而成,3-2-4 晶間腐蝕(intergranular corrosion),(1)定義,金屬材料在特定的腐蝕介質(zhì)中沿著材料的晶粒邊界或晶界附近發(fā)生腐蝕，使晶粒之間喪失結(jié)合力的一種局部破壞的腐蝕現(xiàn)象。,(2)晶間腐蝕的特點(diǎn), 危害性很大,宏觀上沒有任何明顯的變化，材料強(qiáng)度幾乎完全喪失，導(dǎo)致設(shè)備的突然破壞,應(yīng)力腐蝕開裂的

17、起源,可能變?yōu)檠鼐?yīng)力腐蝕開裂，成為應(yīng)力腐蝕裂紋的起源,有效利用,利用材料的晶間腐蝕過(guò)程制造合金粉末,(3) 晶間腐蝕的原因,組織因素,晶界與晶粒內(nèi)部化學(xué)成分、組織和結(jié)構(gòu)不同導(dǎo)致電化學(xué)性質(zhì)不均勻，形成腐蝕微電池。, 晶界為陽(yáng)極 晶粒為陰極,由于晶界的面積很小，構(gòu)成“小陽(yáng)極-大陰極”,環(huán)境因素,能顯示晶粒與晶界電化學(xué)不均勻性的介質(zhì),貧化理論,晶間雜質(zhì)偏聚理論,貧cr理論，晶界碳化物析出,(4) 晶間腐蝕的機(jī)理,敏化處理（427816保溫緩冷）晶界析出連續(xù)的cr23c6型的碳化物，使晶界產(chǎn)生嚴(yán)重的貧cr區(qū)。,碳化物沿晶界析出并進(jìn)一步生長(zhǎng),c和cr由晶內(nèi)向晶界擴(kuò)散,c擴(kuò)散cr ：固溶體內(nèi)幾乎所有的c

18、都用于生成碳化物，只有晶界附近的cr能參與碳化物的生成反應(yīng)；,在晶界附近形成一條貧cr帶，cr含量低于發(fā)生鈍化所需的12%；,晶界貧cr區(qū)為處于活化狀態(tài)的陽(yáng)極區(qū)，快速溶解；不貧cr的晶粒內(nèi)處于鈍化陰極區(qū)；形成小陽(yáng)極，大陰極的腐蝕電池，腐蝕速度顯著加快, 雜質(zhì)偏聚或第二相析出理論,超低碳不銹鋼高cr、mo鋼在強(qiáng)氧化性介質(zhì)中仍會(huì)產(chǎn)生晶間腐蝕,在晶界形成了由fecr或femo金屬間化合物組成的相,在過(guò)鈍化即強(qiáng)氧化的條件下,相發(fā)生嚴(yán)重的選擇性溶解。,cr、mo、nb、ti會(huì)促使相形成, 吸附理論雜質(zhì)原子在晶界吸附,超低碳18cr-9ni不銹鋼在1050固溶處理后，在強(qiáng)氧化性介質(zhì)中（如硝酸加重鉻酸鹽）中

19、也會(huì)出現(xiàn)晶間腐蝕，無(wú)法用前面兩個(gè)理論解釋。,p和si等在晶界發(fā)生吸附，使得晶界的電化學(xué)特性發(fā)生了改變。,加熱溫度及時(shí)間,a: 奧氏體不銹鋼t 750時(shí)，不產(chǎn)生晶間腐蝕；,b: 600 t 750區(qū)間， cr23c6析出連續(xù)并呈網(wǎng)狀，晶間腐蝕傾向最嚴(yán)重；,c: t600時(shí)， cr和c擴(kuò)散隨溫度下降而變慢，長(zhǎng)時(shí)間才產(chǎn)生晶間腐蝕；,d: t400時(shí)，基本無(wú)晶間腐蝕傾向。,溫度-時(shí)間-敏化圖（又稱tts曲線）,晶間腐蝕敏感性與加熱時(shí)間和溫度的關(guān)系,(4)晶間腐蝕的影響因素,tts曲線在生產(chǎn)上常用,敏化處理：,鋼材加熱到晶間腐蝕最敏感的溫度,恒溫處理一定時(shí)間的工藝。,敏化溫度：,產(chǎn)生晶間腐蝕傾向最敏感的

20、溫度。,(5) 晶間腐蝕的防止措施,降低含碳量;,加入固定碳的合金元素;,合金成分,不銹鋼中，除了主要成分cr、ni、c外，還有mo、ti、nb等合金元素。,c 、ni，晶間腐蝕傾向 ；,cr、ti、 nb ，晶間腐蝕傾向,重新固溶處理；,采用雙相鋼，如鐵素體和奧氏體雙相鋼有利于抗晶間腐蝕。,3-2-5 應(yīng)力作用下的腐蝕,應(yīng)力作用下的腐蝕：金屬材料受到腐蝕介質(zhì)的作用，同時(shí)又受到各種應(yīng)力的作用，導(dǎo)致更為嚴(yán)重的腐蝕破壞。,* 外部： 直接作用在金屬上的載荷：拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)等，通過(guò)接觸面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)、高速流體（可能含有固體顆粒）的流動(dòng)等施加在金屬表面上。,* 內(nèi)部： 如氫原子侵入金屬內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)

21、力。, 應(yīng)力腐蝕開裂 氫致滯后斷裂 磨損腐蝕 腐蝕磨損, 腐蝕疲勞 沖刷腐蝕 空泡腐蝕 微動(dòng)腐蝕,應(yīng)力作用下的腐蝕類型：,從宏觀或微觀角度看，這些腐蝕破壞都涉及斷裂過(guò)程，斷裂是由環(huán)境因素引起的，也統(tǒng)稱環(huán)境斷裂。,應(yīng)力腐蝕開裂 stress corrosion cracking(scc),定義：受一定拉伸應(yīng)力作用的金屬材料在某些特定的介質(zhì)中，由于腐蝕介質(zhì)和應(yīng)力的協(xié)同作用而發(fā)生的脆性斷裂現(xiàn)象。,在某種特定的腐蝕介質(zhì)中：,材料在不受應(yīng)力時(shí)可能腐蝕甚微；,受到一定的拉伸應(yīng)力時(shí)(即使遠(yuǎn)低于屈服強(qiáng)度)， 經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，即使是延展性很好的金屬也會(huì) 發(fā)生脆性斷裂；,斷裂事先沒有明顯的征兆，往往造成災(zāi)難性的后

22、果。,黃銅的“氨脆”（“季裂”）,鈦合金的“甲醇脆”,鍋爐鋼的“堿脆”,奧氏體不銹鋼、高強(qiáng)度鋁合金的“氯脆”,低碳鋼的“硝脆”, 產(chǎn)生scc的基本條件,scc需要同時(shí)具備三個(gè)條件:,敏感的金屬材料,特定的腐蝕介質(zhì),足夠大的拉伸應(yīng)力,特定的材料： 不存在應(yīng)力時(shí)，單純的腐蝕作用？no,不存在腐蝕時(shí)，單純的應(yīng)力作用？no,a 敏感材料,幾乎所有的金屬或合金在特定的介質(zhì)中都有一定的scc敏感性,合金和含有雜質(zhì)的金屬比純金屬更容易產(chǎn)生scc,b 特定介質(zhì),每種合金的scc只對(duì)某些特定的介質(zhì)敏感,并不是任何介質(zhì)都能引起scc,c 拉伸應(yīng)力,工作狀態(tài)下：承受外加載荷造成的工作應(yīng)力 ; 在生產(chǎn)、制造、加工和安

23、裝過(guò)程中：材料內(nèi) 形成的應(yīng)力、形變應(yīng)力等殘余應(yīng)力; 裂紋內(nèi)腐蝕產(chǎn)物的體積效應(yīng)造成的楔入作用; 陰極反應(yīng)形成的氫產(chǎn)生的應(yīng)力。,scc的特征,a 典型的滯后破壞,整個(gè)斷裂時(shí)間與材料、介質(zhì)、應(yīng)力有關(guān)：, 短則幾分鐘，長(zhǎng)可達(dá)若干年 應(yīng)力降低，斷裂時(shí)間延長(zhǎng),臨界應(yīng)力th （臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子k ），在此臨界值以下，不發(fā)生scc,b裂紋形態(tài),scc裂紋分為沿晶型、穿晶型和混合型三種,混合性,c scc裂紋擴(kuò)展速度,擴(kuò)展速度較快, 10-6 -10-3 mm/min,比均勻腐蝕快約106 倍,僅為純機(jī)械斷裂速度的10-10倍,d 低應(yīng)力的脆性斷裂,斷裂前沒有明顯的宏觀塑性變形,脆性斷口解理、準(zhǔn)解理或沿晶,腐蝕

24、斷口表面顏色暗淡，腐蝕坑和二次裂紋,穿晶型斷口：河流花樣、扇形花樣、羽毛狀花樣 晶間型斷口：冰糖塊狀,低應(yīng)力的脆性斷裂,沿晶應(yīng)力腐蝕開裂-igscc,穿晶應(yīng)力腐蝕開裂-tgscc,e 電化學(xué)作用下的裂紋形核,scc與電極電位,材料與環(huán)境的交互作用反映在電位上就是scc一般發(fā)生在活化鈍化或鈍化過(guò)鈍化的過(guò)渡區(qū)電位范圍，即鈍化膜不完整的電位區(qū)間。, scc機(jī)理,scc機(jī)理可以分為三大類：,陽(yáng)極溶解型機(jī)理(ad),* 奧氏體不銹鋼氯脆、黃銅的氨脆,氫致開裂型機(jī)理(he),* 高強(qiáng)鋼在水介質(zhì)中、濕硫化氫中的開裂,ad+he綜合作用機(jī)理,* 鋁合金應(yīng)力腐蝕：陽(yáng)極溶解+吸附氫導(dǎo)致晶間應(yīng)力腐蝕開裂,a陽(yáng)極溶解

25、型機(jī)理,在發(fā)生scc的環(huán)境中，金屬表面通常被鈍化膜覆蓋，金屬不與腐蝕介質(zhì)直接接觸；,當(dāng)鈍化膜遭受局部破壞后，裂紋形核，并在應(yīng)力作用下，裂紋尖端沿某一擇優(yōu)路徑定向活化溶解，導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展，最終發(fā)生斷裂。,奧氏體不銹鋼氯化物scc,奧氏體不銹鋼：性能優(yōu)良，應(yīng)用廣泛 耐應(yīng)力腐蝕性能差 氯化物、純水、熱堿、連多硫酸、 濕硫化氫,fe-cr-ni奧氏體不銹鋼,熱濃的mgcl2 溶液中的穿晶應(yīng)力腐蝕斷裂 從裂紋尖端產(chǎn)生陽(yáng)極溶解而引起的斷裂 滑移溶解斷裂機(jī)理,奧氏體不銹鋼表面有一層cr、ni氧化物構(gòu)成的鈍化膜，在mgcl2溶液中穩(wěn)定性較差；,外加應(yīng)力，由于位錯(cuò)在活動(dòng)的滑移面上，氧化膜受力；,位錯(cuò)突破暴露，不保

26、護(hù)金屬,在應(yīng)力作用下，位錯(cuò)沿著滑移面運(yùn)動(dòng)至金屬表面,表面產(chǎn)生滑移臺(tái)階,表面膜產(chǎn)生局部破裂暴露活潑的新鮮金屬,有膜和無(wú)膜的金屬及缺陷處形成鈍化-活化微電池,陽(yáng)極溶解集中在局部區(qū)域，形成蝕坑。,伴隨著陽(yáng)極溶解產(chǎn)生陽(yáng)極極化，使陽(yáng)極周圍鈍化，在蝕坑即裂紋尖端周邊重新生成鈍化膜,在拉應(yīng)力繼續(xù)作用下，蝕坑底部應(yīng)力集中，鈍化膜再次破裂，繼續(xù)新的陽(yáng)極溶解。,如此反復(fù)作用，應(yīng)力腐蝕破裂的裂紋不斷向前沿發(fā)展，造成縱深穿晶的裂紋，直至斷裂。,抑制橫向溶解的主要因素是再鈍化,閉塞電池理論,該理論認(rèn)為在已存在的陽(yáng)極溶解活化通道上，腐蝕優(yōu)先沿著這些通道進(jìn)行，在應(yīng)力作用下，閉塞電池腐蝕所引發(fā)的孔蝕擴(kuò)展為裂紋，產(chǎn)生scc。,

27、b he型機(jī)理,（2）一部分結(jié)合成h2逸出，另一部分 h原子滲入鋼中；,（1）陰極反應(yīng):h+ + e h, 產(chǎn)生h原子；,過(guò)程：,（3）滲入鋼中的h原子在組織缺陷，如夾雜物、位錯(cuò)、析出物、空洞處捕獲聚集并結(jié)合成h2分子，產(chǎn)生h壓；,（4）h2壓達(dá)到某一臨界值，超過(guò)材料抗拉強(qiáng)度，引起裂紋。,c 混合型機(jī)理,低碳低合金鋼在近中性介質(zhì)中，scc一般是ad+he綜合作用結(jié)果。,奧氏體不銹鋼scc影響因素,a 環(huán)境因素,氯化物種類,遇水分解為酸性的氯化物、mg、ca、ba、zn、cd、hg、li、na、k、fe、mn、cu的氯化物，有機(jī)氯化物（ch3cl、ccl4 ），稀鹽酸、飽和的mgcl2沸騰水溶液, 氯脆：50300, 同一溫度：濃度增加，scc敏感性增大, 濃度增加, 沸點(diǎn)增加, scc敏感性增大,cl-濃度對(duì)304不銹鋼scc的影響,ph值, ph越低，斷裂時(shí)間越短, 溶液ph過(guò)低全面腐蝕， 不發(fā)生scc,氯化物濃度和溫度, 氧化性離子, fe3+ 、no3- 、no2- 、cr2o72-，若還原作用：加速scc；若選擇性吸附，排斥cl-，延緩scc。, 溶解氧,scc不一定需要氧存在，一定條件下氧可以加速scc。, 電位,b力學(xué)因素,應(yīng)