第7章 应力腐蚀和氢脆断裂

（1）若在介质中极化过程相当强烈，则（Vc-Va）很小， 腐蚀将受抑制。
极端情况：阳极金属表面形成了完整的钝化膜，金属呈钝化 态、腐蚀停止。
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应力腐蚀断裂机理
（2）若在介质中去极化过程很强，则（Vc-Va）很大，腐蚀 电流增大，致使金属表面受到强烈而全面腐蚀，表面不能形 成钝化膜。
此时，即使金属承受拉应力也不产生应力腐蚀，而主要产生 腐蚀损伤。
应力腐蚀现象：只有金属在介质中生成略具钝化膜的条件下， 即金属和介质处于某种程度的钝化与活化过渡区域时才最易 发生。
1 I (VC Va)
R
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应力腐蚀断口特征
应力腐蚀断口：属脆性断裂，宏观上具一般脆性断口的特征。 ① 断口平齐、与主应力垂直，无明显塑变痕迹和唇口，宏
观断口形态一般呈颗粒状。
② 应力腐蚀：属局部腐蚀，裂纹常被腐蚀产物所覆盖，故 断口较灰暗、无金属光泽，可见腐蚀的痕迹。
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应力腐蚀断口特征
③ 断口宏观也可分为三个区，与疲劳断口相似 A. 断裂源区： 常在材料表面的缺口、刀痕、腐蚀坑、焊接裂纹等处， 裂纹源：常有多个（多源），在不断扩展中合并。 裂纹源的放射中心均有一个腐蚀坑点。
段时间后，因电化学腐蚀所导致的正常延性材料发生早期低 应力脆性延迟破坏现象－－应力腐蚀断裂（SCC）。
应力腐蚀断裂：并不是金属在应力作用下的机械性破坏与化 学介质作用下的腐蚀性破坏的迭加所致。
而是在两者联合作用下，按特有机理产生的断裂。其断裂强 度比单因素分别作用后再迭加的还要低得多。
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大多数金属材料：在一定介质中都有应力腐蚀倾向。
随着航空航天、海洋、原子能发电、石油、化工等工业的迅 速发展，对金属材料强度的要求越来越高，接触的化学介质 的条件越加苛刻，致使上述各种断裂形式逐年增多。
因此，金属材料的应力腐蚀和氢脆现象日益受到工程设计人 员及材料科学工作者的重视。
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一、应力腐蚀现象及其产生条件
1.应力腐蚀现象 :（Stress Corrosion Cracking) 金属构件在静载拉应力和特定化学介质共同作用下，经过一
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应力腐蚀产生条件
2. 应力腐蚀断裂产生条件： 应力、化学介质和金属材料三者是产生应力腐蚀的条件。
① 应力条件： 应力可为外加工作应力或残余应力，只有在拉应力作用下，
才能产生。如：焊接应力、热处理应力、装配应力等。 一般来说，应力并不一定很大，若无腐蚀介质作用，构件可
长期工作，不发生断裂。
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二、应力腐蚀断裂机理及断口形貌特征
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应力腐蚀断裂机理
应力腐蚀断裂最基本机理：是滑移－溶解理论(或称钝化膜 破坏理论)和氢脆理论。
对应力腐蚀敏感的合金在特定化学介质中， （1）表面先形成一层钝化膜，使金属不致进一步受到腐蚀，
即处于钝化态。若无应力作用，金属不会发生腐蚀破坏。
（2）若有拉应力作用，则 可使裂纹尖端产生局部塑 性变形，滑移台阶在表面 露头时钝化膜破裂，显露 出新鲜表面。
B. 裂纹慢速扩展区： 断口呈脆性、粗糙不平，有腐蚀产物、呈暗褐色。
C. 最后瞬时断裂区： 由过载引起，断口较明亮、具金属光泽，常有放射状花样或
人字纹等特征，腐蚀较轻或无腐蚀。
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（二）应力腐蚀断口特征
4. 应力腐蚀断口的微观特征： 1）裂纹的扩展途径： 分析表明：SCC裂纹一般由材料表面向内扩展；微观途径：
在工业上最常见的有： “碱脆”－低碳钢和低合金钢在苛性碱溶液中； “硝脆”－低碳钢和低合金钢在有硝酸根离子介质中； “氯脆”－奥氏体不锈钢在含有氯离子介质中； “氨脆”－铜合金在氨气介质中； 高强度铝合金－在空气、蒸馏水介质中的脆裂。
产生应力腐蚀断裂：无明显预兆下发生的脆断，常造成灾难 性事故。
材料的变形与断裂
陈康敏
江苏大学材料科学与工程学院 2009年01月
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第一章 应力腐蚀和氢脆断裂
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第一节 应力腐蚀
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金属机件在加工过程中常会产生残余应力，在服役过程中 又承受外加载荷，同时又与周围环境中各种化学介质或氢相 接触，便会产个特殊的断裂现象，这就有应力腐蚀断裂和氢 脆断裂等。
这些断裂形式大多为低应力脆断，具有很大的危险性。
如Al-Mg合金： 当 Mg > 4％时，对应力腐蚀较为敏感； 当 Mg < 4％时，无论状态如何，几乎都具抗SCC能力。 又如：钢中C 含量在0.12％左右时， SCC敏感性最大。
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应力腐蚀敏感介质
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④ 需经一定时间，才发生SCC，也称“延迟断裂”。 ⑤ 断裂的突然性： 即断裂在无明显觉察下突然发生，属于脆性断裂。 ⑥ 塑性材料与脆性材料均可发生。
一般说来，当材料所受应力超过某一应力值时，才发生 SCC ，该值称为应力腐蚀断裂临界应力σSCC 。
不同金属或合金，其临界应力值不同，但小于屈服强度σs 。
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② 介质条件： 只有在特定的化学介质中，某种金属材料才能产生。 即一定的金属材料，需要有一定特效作用的离子、分子或络
合物才能导致SCC。 化学介质一般都不是腐蚀性的，或只是弱酸性。若无拉应力
作用，金属在此介质中是耐蚀的或腐蚀速度很慢。
特定化学介质：即每种材料只对某些介质敏感，其浓度也不 一定很高。
如：水中含ppm级浓度的Cl－就能引起奥氏体不锈钢的应力 腐蚀开裂（易发生介质局部增浓作用）。
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③ 材料条件： 一般认为：纯金属材料不发生SCC，所有合金对应力腐蚀都
有不同程度的敏感性。 但每一种合金，都有对SCC不敏感的合金成分。
若裂纹尖端应力集中始终存在， 则微电池反应便不断进行，钝 化膜不能恢复，裂纹将逐步向 纵深扩展。
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应力腐蚀断裂机理
应力腐蚀过程，衡量腐蚀速度的腐蚀电流I 可表示为：
1 I (VC Va)
R
R－微电池中的电阻； Vc、Va－电池两极的电位
可见，应力腐蚀是由金属与化学介质相互间性质的配合作用 决定的。
பைடு நூலகம்
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应力腐蚀断裂机理
（3）新鲜表面在电解质溶液中成为阳极，而其余具有钝化 膜金属表面便成为阴极，从而形成腐蚀微电池。
阳极金属：（M→M十n＋ne），变成正离子进入电解质中而 产生溶解，则在表面形成蚀坑。
（4）更主要的是，拉应力在蚀坑或原有裂纹尖端形成应力 集中，使阳极电位降低，加速阳极金属的溶解。