【文章內(nèi)容簡介】 其微孔形貌。 材料致脆斷裂失效分析 4． 3環(huán)境致脆斷裂失效分析 環(huán)境致脆斷裂是指金屬材料與某種特殊的環(huán)境因素 發(fā)生交互作用而導致的具有一定環(huán)境特征的脆性斷裂。 內(nèi)容包括應力腐蝕開裂、氫致斷裂、腐蝕疲勞、熱 疲勞及低熔點金屬致脆斷裂等。 金屬構(gòu)件的斷裂失效不僅與材料的性質(zhì)、應力狀態(tài) 有關(guān)，而且在很大程度上取決于它的環(huán)境條件。 4． 3． 1應力腐蝕開裂 1．壓力腐蝕開裂的定義 應力腐蝕開裂 (StressCorrosionCrackin，通常簡寫為 scc)系金屬在應力 (殘余應力、熱應力、工作應力等 )和腐蝕介質(zhì)共 同作用下，而引起的一種破壞形式，即在靜拉應力作用下金屬的腐 蝕破壞，一般稱為應力腐蝕開裂。 應力腐蝕是一種局部腐蝕，形成的裂紋常被腐蝕產(chǎn)物覆蓋，不 易被發(fā)覺。導致的斷裂具有突發(fā)性。應力腐蝕裂紋擴展的速率一般 介于均勻腐蝕速率和快速機械斷裂速率之間。 即使是塑性材料，應力腐蝕開裂 (斷裂 )也是脆性形式的斷裂。 4． 3環(huán)境致脆斷裂失效分析 2．應力腐蝕開裂的條件及其影響因素 通常的應力腐蝕開裂的基本條件是：弱的腐蝕介質(zhì)、不大的拉 應力和特定的金屬材料構(gòu)成的特定的腐蝕系統(tǒng)。 （ 1）僅當弱的腐蝕介質(zhì)，在金屬表面形成一層不穩(wěn)定的“保 護膜” 時，才有可能發(fā)生應力腐蝕開裂。 （ 2）一定的拉應力和應變，壓應力一般不產(chǎn)生應力腐蝕。 （ 3）對于每一種金屬或合金來說，有其特定的腐蝕介質(zhì)系統(tǒng)，即易 于發(fā)生應力腐蝕破壞的金屬 介質(zhì)系統(tǒng)。 （ 4）材料的成分、組織和應力狀態(tài)的影響。 （ 5）一般來說，介質(zhì)的濃度和環(huán)境溫度越高則較易發(fā)生應力腐蝕。 4． 3環(huán)境致脆斷裂失效分析 （ 2）一定的拉應力和應變，壓應力一般不產(chǎn)生應力腐蝕。 對不銹鋼和高強鋼的應力腐 蝕開裂研究都表明，存在產(chǎn)生應 力腐蝕的臨界應力或門檻值，常 用 表示，如右圖所示，低于 該值，則不產(chǎn)生應力腐蝕開裂， 它的數(shù)值隨介質(zhì)種類、濃度、溫 度、材料成分的不同而不同。 SCC?4． 3環(huán)境致脆斷裂失效分析 (4)材料的成分、組織和應力狀態(tài)的影響。 雜質(zhì)元素對應力腐蝕開裂敏感性影響很大。一般來說，純 金屬不發(fā)生應力腐蝕破壞，但含有很少的雜質(zhì)則會引起應力腐 蝕破壞。 鋼的應力腐蝕敏感性隨著含碳量的變化而變化。當含碳量 低時，隨著含碳量增 ,加敏感性提高。而當訓 (c)大于 0． 2％ 時，應力腐蝕抗力又漸趨穩(wěn)定。 W(C)為 0． 12％時，應力腐蝕 敏感性最大。 材料的組織狀態(tài)對應力腐蝕的敏感性影響很大。材料的不 均勻性越大，越容易產(chǎn)生活性的陰極通道，故越易產(chǎn)生應力腐 蝕。 晶粒尺寸增大，鋼的應力腐蝕開裂敏感性增加。 4． 3環(huán)境致脆斷裂失效分析 (4)材料的成分、組織和應力狀態(tài)的影響。 一般材料的硬度及強度越高，對應力 腐蝕的敏感性就越大。材料的強度越高， 其 越低。在右圖中表示了 4340鋼處 理到不同強度時 值的變化?？梢钥? 出，強度的提高使鋼的應力腐蝕敏感性顯 著加大。 材料強度與硬度對應力腐蝕敏感性的 影響還與材料的組織結(jié)構(gòu)，是否存在加工 硬化等有關(guān)。 材料的強度與硬度對應力腐蝕敏感性 的影響與構(gòu)件的實際狀態(tài)有關(guān)。 ISCCKISCCK4． 3環(huán)境致脆斷裂失效分析 2．應力腐蝕開裂的斷口及裂紋特征 1)斷口的宏觀形態(tài)一般為脆 性斷裂，斷口截面基本上垂直于 拉應力方向。 斷口上有斷裂源區(qū)、裂紋擴展 區(qū)和最后斷裂區(qū)，如右圖所示。 4． 3環(huán)境致脆斷裂失效分析 2)應力腐蝕裂紋源于表面，并呈不連續(xù)狀，裂紋具有分叉較多、 尾部較尖銳 (呈樹枝狀 )的特征，如下圖所示 。 4． 3環(huán)境致脆斷裂失效分析 (3)裂紋的走向可以是穿晶的也可以是沿晶的， 許多情況下，應力 腐蝕裂紋也可以是沿晶和穿晶的混合型。 材料的晶體結(jié)構(gòu)是影響應力腐蝕裂紋走向的主要因素。面心立方 金屬的材料易引起穿晶型應力腐蝕，而體心立方金屬的材料則以沿 晶型開裂為主。 在一般情況下，當應力較小、腐蝕介質(zhì)較弱時，應力腐蝕裂紋多 呈沿晶擴展；相反，當應力較大、腐蝕介質(zhì)較強時，應力腐蝕裂紋 通常是穿晶擴展。 影響應力腐蝕裂紋走向 (開裂類型 )的因素很多，同一種材料在不 同的介質(zhì)中會有不同的裂紋走向。 4． 3環(huán)境致脆斷裂失效分析 (4)應力腐蝕斷口的微觀形貌可為巖石狀，巖石表面有腐蝕痕跡。 嚴重時整個都為腐蝕產(chǎn)物所覆蓋，此時斷口則呈泥紋狀或龜板狀花 樣。 在穿晶斷裂時，電子顯微鏡下看到的斷口為平坦的凹槽 (深度大 于寬度 )、扇形花樣、臺階及河流花樣。如下圖 。 4． 3環(huán)境致脆斷裂失效分析 3．應力腐蝕開裂失效分析 （ 1）詳細了解材料的生產(chǎn)過程與處理工藝，掌握材料的成 分、組織狀態(tài)以及雜質(zhì)（夾雜物）含量與分布。 （ 2）詳細了解設(shè)備或部件的結(jié)構(gòu)特點，加工、制造、裝配 過程。必要時對設(shè)備或部件進行應力分析和測試，以確定材料 所處的應力狀態(tài)與大小。注意加工、裝配等過程中造成的殘余 應力及其分布。 （ 3）詳細了解設(shè)備或部件使用環(huán)境特點，介質(zhì)種類、使用 溫度等。對于不同的材料，重點分析能夠引起應力腐蝕開裂的 敏感介質(zhì)。 4． 3環(huán)境致脆斷裂失效分析 （ 4）斷口和裂紋形態(tài)的宏觀、微觀分析，確定斷裂的特征。 要注意區(qū)別應力腐蝕破裂與腐蝕疲勞以及晶間應力腐蝕破裂與 晶間腐蝕破壞的差別。 （ 5）必要時，可在實際使用條件下進行重復試驗或在實驗 室內(nèi)進行模擬現(xiàn)場產(chǎn)生應力腐蝕破裂的條件（介質(zhì)、應力、溫 度等），也可采用能夠預示實際條件下應力腐蝕破裂趨