工程材料之環境介質作用下的力學效能
一、應力腐蝕
1.定義
金屬在拉應力和特定的環境介質作用下,經過一段時間,所產生的拉應力脆斷現象,稱為應力腐蝕斷裂。
2.裂紋擴充套件特徵
(1)拉應力是產生應力腐蝕開裂的必要條件;
(2)純金屬一般不發生應力腐蝕;
(3)僅在一定的合金與介質系統中才能發生應力腐蝕現象;
(4)應力腐蝕是一種延遲斷裂;
(5)破壞一般是脆性的。
3.斷裂機理
(1)應力腐蝕斷裂過程包括裂紋形成和擴充套件,整體上分為三個階段:形成蝕坑,在應力和介質作用下裂紋慢慢擴充套件,裂紋達到臨界尺寸後發生機械性斷裂。
(2)理論
1)以陽極溶解為基礎的保護膜破壞理論
2)鈍化膜理論
3)閉塞電池理論
4.應力腐蝕開裂的測試方式
(1)持久載入實驗
1)採用光滑試樣——應力腐蝕的臨界應力
2)採用預製裂紋試樣——應力腐蝕臨界應力場強度因子、應力腐蝕裂紋擴充套件速率
(2)測試方法
5.防止應力腐蝕的措施和安全設計
(1)防止措施
合理選擇材料、減少或消除零件中的殘餘拉應力、改善介質條件、採用電化學保護;
(2)安全設計
二、氫脆
1.定義
由於氫和應力的聯合作用而導致金屬材料產生脆性斷裂的現象,稱為氫脆斷裂。
2.發生機理
原子氫在結合成氫分子的過程受阻,部分氫原子會溶解到金屬內部,而當金屬同時受應力作用時,就可能通過某種機制而導致裂紋產生和脆性擴充套件。
3.影響因素
4.氫脆現象
1)氫蝕
氫與金屬中的第二相作用,生成高壓氣體,使基體金屬晶界結合力減弱而導致金屬脆化
2)白點
鋼中含有過量的氫,隨著溫度降低,氫的溶解度減小,但過飽和的氫未能擴散外溢,因而在某些缺陷處聚整合氫分子,此時,體積發生急劇膨脹,內壓力很大,足以把材料區域性撕裂,而使鋼中形成白點。
3)氫化物致脆
4)氫致延滯斷裂
三、腐蝕疲勞
1.定義
腐蝕疲勞是材料在腐蝕介質中承受交變載荷所產生的疲勞破壞現象。
2.特點
1)腐蝕環境不是特定的,只要環境介質對材料有腐蝕作用,再加上交變應力的作用,都可產生腐蝕疲勞。
2)腐蝕疲勞曲線無水平線段,即不存在無限壽命的疲勞極限。
3)腐蝕疲勞極限與靜強度之間不存在比例關係。
4)腐蝕疲勞埠上可以見到多個裂紋源,並具有獨特的多齒狀特徵。