腐蚀学原理第七章应力作用下的腐蚀介绍PPT课件

2
拉伸应力可能来源。
(1) 合金零件、部件、构件在冷加工、锻 造、焊接、热处理、装配过程中产生的残 余应力，据报导，由于残余应力造成的腐 蚀断裂故障占应力腐蚀断裂总数的40％。
(2) 工作时产生的外应力和使用中的载荷 等。
(3) 由于腐蚀产物的体积效应(腐蚀产物的 体积往往大于其金属的体积)而造成的不均 匀应力。
C1—，海水，二氯乙烷，湿的氯化镁绝缘物，F—，Br—，NaOH—H2S水溶液，NaCl—
奥氏体不锈钢
H2O2水溶液，连多硫酸(H2SnO6，n=2〜5)，高温高压含氧高纯水，H2S，含氯化物的冷
凝水气
铜合金：Cu—Zn，Cu—Zn—Sn，
Cu—Zn—Ni，Cu-Sn
NH3气及溶液
Cu—Sn—P Cu-Zn
第7章 应力作用下的腐蚀
金属构件通常在应力(内应力、负荷)与环境介质的联 合作用下工作，因而金属材料会遭受严重的破坏。 由于受力状态的不同(如拉伸应力、交变应力、振动 力及摩擦力等)，与介质作用造成的腐蚀破坏形态是 多种多样的。常见的有应力腐蚀断裂、腐蚀疲劳、 磨损腐蚀、湍流腐蚀、空泡腐蚀和微振腐蚀。此外， 金属由于氢的存在或与氢反应也可引起机械性破坏， 破坏形式有脱碳、氢鼓泡、氢腐蚀、氢脆，统称氢 损伤。
(4) 宏观上属于脆性断裂，即使塑性很高的材料也 是如此。微观上，在断裂面上仍有塑性流变痕迹。
(5) 有裂纹分叉现象。断口形貌呈海滩条纹、羽毛 状、撕裂岭、扇子形和冰糖块状图像。
(6) 应力腐蚀裂纹形态有沿晶型、穿晶型和混合型， 视具体合金—环境体系而定。例如，铝合金、高强 度钢多半是沿晶型的，奥氏体不锈钢多半是穿晶型 的，而钛合金为混合型的。即使是同种合金，随着 环境、应力大小的改变，裂纹形态也会随之改变。
浓NH4OH溶液，空气 胺
Cu-p，Cu-As，Cu-Sb Cu—Au 铝合金： Al—Cu—Mg，Al—Mg—
含NH3湿大气 NH4OH，FeCl3，HNO3溶液
Zn，
海水
Al—Zn—Mg—Mn(Cu)，
Mg-Mn Al—Zn—Cu Al—Cu
Al—Cu— NaCl，NaCl—H2O2溶液 NaCl，NaCl-H2O2溶液，KCl，MgCl溶液 NaCl十H2O2，NaCl溶液，空气，海水，CaCl2，NH4Cl，CoCl2溶液
1
7.1 应力腐蚀断裂
7.1.1 应力腐蚀断裂产生的条件及特征 应力腐蚀断裂是指金属结构在拉伸应力和腐蚀环
境的共同作用下引起的断裂。两者缺一不可，相互 促进，但并不是简单的加合。应力腐蚀断裂是危害 最大的腐蚀形态之一。它是一种“灾难性的腐蚀”， 例如飞机失事、桥梁断裂、油气管的爆炸等，危害 极大。工程上常用的奥氏体不锈钢、铜合金、钛合 金及高强度钢和高强度铝合金等，对应力腐蚀都很 敏感。这些材料即使在腐蚀性不太严重的环境，如 含有少量C1-的水、有机溶液、潮湿大气及蒸馏水中， 也会引起强烈的应力腐蚀断裂。近20年来，随着宇 航工业、原子能工业、化工和石油工业的飞速发展， 应力腐蚀断裂已成为腐蚀研究的主要领域之一。
金属材料在应力和腐蚀的协同作用下，局部位置产生微裂 纹。这种窄纹在形成阶段并非真正“破裂”，而是裂纹的 前沿金属产生快速溶解。 金属裂纹的外表面(C)是 阴极区，进行阴极反应， 如：O2+2H2O+4e → 4OH-
2Cu(NH3) 42++H2O+2e → Cu2O+2NH4++2NH3(α— 黄铜在氨液中)
7
7.1.2 应力腐蚀断裂机理
应力腐蚀断裂是一个非常复杂的问题，影 响因素众多，关于它的机理迄今还没有统 一而完整的说法。不仅对不同腐蚀体系观 点不一，就是对同一体系见解也不一致。 目前提得较多的是阳极溶解理论，滑移— 溶解理论，膜破裂理论，氢脆理论及应力 吸附理论等等。
快速溶解理论
8
金属裂纹的外表面(C)是阴极区，进行阴极反应，如：O2+2H2O+4e → 4OH2Cu(NH3) 42++H2O+2e → Cu2O+2NH4++2NH3(α—黄铜在氨液中)
Al—Mg
镁合金： Mg—Al Mg—Al—Zn-Mn
HNO3，NaOH，HF溶液，蒸馏水 NaCl—H2O2溶液，海滨大气，NaCl—K2CrO4溶液，水，SO2—CO2—湿空气
钛及钛合金
红烟硝酸，N2O4(含O2，不含NO，24℃～74℃)，HCl，Cl—水溶液，固体氯化物 (>290℃)，海水，CCl4，甲醇，甲醇蒸气，三氯乙烯，有机酸
4
发生应力腐蚀断裂有三个电位区(敏感电位 区)，如图7-1所示的区域1、2、3，即活化— 阴极保护电位过渡区，活化—钝化电位过 渡区，以及钝化—过钝化电位过渡区。
5
应力腐蚀断裂的特征
(1) 金属在无裂纹，无蚀坑或缺陷的情况下，应力腐 蚀断裂过程可分为三个阶段。萌生阶段，即由于腐 蚀引起裂纹或蚀坑的阶段，也就是导致应力集中的 裂纹源的生核孕育阶段，可称作孕育期(诱导期)。接 着为裂纹扩展阶段，即由裂纹源或蚀坑到达到极限 应力值(单位面积所能承受最大载荷)为止的这一阶段。 最后是失稳断裂阶段。前一阶段受应力影响很小， 时间长，约占断裂总时间的90％，后两阶段时间短， 为总断裂时间的10％。
在有裂纹的情况下，应力腐蚀断裂过程只有裂纹扩 展和失稳快速断裂两个阶段。
可见，应力腐蚀断裂可能在很短时间内发生，但也
可能几年后才发生。
6
(2) 金属和合金腐蚀量很微小，腐蚀局限于微小的 局部。同时产生应力腐蚀断裂的合金表面往往存在 钝化膜或保护膜。
(3) 裂纹方向宏观上和主拉伸应力的方向垂直，微 观上略有偏移。
裂纹的前沿是阳极区，构 成了大阴极小阳极的应力 腐蚀电池。
9
应力腐蚀断裂是由裂纹尖端(A*)的快速溶解引起的。这是 因为，裂纹侧面(A)由于具有一定的表金钢 高强度钢
环境
NaOH水溶液，NaOH NO3—水溶液，HCN水溶液，H2S水溶液，Na3PO4水溶液，醋酸水溶液，NH4CNS水溶液， 氨(水<0.2％)，碳酸盐和重碳酸盐溶液，湿的CO--CO2—空气，海洋大气，工业大气，浓硝 酸，硝酸和硫酸混合酸 蒸馏水，湿大气，H2S，C1—