金属材料应力腐蚀失效分析

金属材料应力腐蚀失效分析 金属材料应力腐蚀失效分析 第15卷第1期山东轻工业学院Vo1.15No.1 2001年3月JOURNALOFSHAND0NGINSTITLrrEOF【JlGHTINDU盯RYMar.2001 金属材料应力腐蚀失效分析 高进,孙金厂 (1.山东轻工业学院机电工程系,济南250100;2.济南锅炉集团有限公司,济南250023) 断裂的特征,测试的方法,断摘要:本文研究丁金属材料应力腐蚀断裂的发生条件, 裂的原因和解决的方 法.对金属材料应力腐蚀断裂的判断和分析并解决应力腐蚀断裂的问题提供了重要依据. 关键词:应力腐蚀断裂;应力腐蚀敏感性;应力腐蚀门槛值 中国法分类号:TH1422文献标识码;A文章编号:10(14—4280(2001)010047—04 金属材料在特定的介质环境中,承受拉应力经过一定时问后发生裂纹及断裂的现象称为 应力腐蚀断裂.从十九世纪下半叶发现黄铜的"季裂"至今,一个多世纪以来,国内外对应力腐 蚀破坏的报道和研究越来越多.几乎所有金属材料都先后出现了应力腐蚀断裂的问题.由于 应力腐蚀的问题日益突出.应力腐蚀,现代工业的发展,材料工作的环境日渐恶化, 低应力脆 断和疲劳断裂并列为当今工程断裂事故的主要原因.为了及时判断出应力腐蚀断裂并采取相 应的措施减少断裂事故的发生,我们做了大量的工作,总结出一套应力腐蚀失效分析的方法. 1发生应力腐蚀的条件 1.1特定的腐蚀介质 只有在一定的材料介质的组合条件下,才会发生应力腐蚀断裂. 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 1为各种材料产 生应 力腐蚀的环境介质. 裹1发生应力腐蚀的金属材料与介质的组合 合金舟质 铜音金 铝台金 碳素钢和普通 低合金铜 Cr—Ni奥氏 体不锈钢 水,承蒸汽.蒸汽,水落}茛,古氟的有机化台物 温空气,工业大气.海水,NaCL水藩}茛 工业大气.海水,湿一空气,NaOH+柬溶蘸.氨溶液 海水,海洋大汽,高温水,氯化糖水溶液,N0H+硫化物水溶液,裱缩锅 炉水,热维碱 有时浓度很低的介质也会引起应力腐蚀裂纹.一般介质浓度越高,环境温度越高越容易 产生应力腐蚀裂纹. 1.2一定的拉应力 拉应力是发生应力腐蚀开裂的必要条件.通常应力越大,发生开裂的时间越短,小于某一 收稿日期:2000—1018 作者简介:高进(196o一),女.上海市^,山东轻工业学院副教授,大学本科,从事金属工艺学方向研究 48山东轻工业学院第15卷 应力值就不发生开裂,此应力值称为应力腐蚀的门槛值,见图l. 1.3材料的成分和组织状态 材料的成分和组织状态对应力腐蚀敏感性 影响很大.纯金属不发生应力腐蚀断裂,随着 杂质的增加,应力腐蚀的敏感性变大,晶粒粗大 的材料应力腐蚀敏感性大.高强钢的应力腐蚀 敏感性较高,易发生应力腐蚀断裂. 2应力腐蚀断裂的特征 2.1应力腐蚀断裂的特征曲线(见图1) 应力腐蚀断裂是,种延迟断裂,断裂时间圈1应力腐蚀断曩的特征曲线 随介质条件和应力大小从几分钟到几年不等. 应力腐蚀裂纹扩展速度远大于没有应力时的腐蚀速度,但比纯机械快速脆性断裂要慢得多. 2.2断口外观特征 对于应力腐蚀延迟断裂的试件来说,表面首先出现锈斑.应力越高,棕红色锈斑出现的时 在锈斑长大的过程中,并非所有锈斑都均匀问越早,数量也越多且长大速度也快. 长大,个别 锈斑长大较快,最后试件在此位置断裂. 2.3断口形虢 应力腐蚀断口可分为四个区域:腐蚀区,解理区,过渡区和韧窝区.应力高的试样腐蚀区, 懈理区,过渡区较小,中心韧窝区较大.应力低的试样则相反,过渡区处断裂由懈理断裂向非 解理断裂转化,其解理区的花样如图2.从断口宏观形貌来看.应力腐蚀断口呈灰黑色. 圉2应力腐蚀断裂解理区的花样×20呻圈3曩纹特征×l50 2.4裂纹特征 应力腐蚀断裂裂纹深,宽比相当大,前端尖细,深入到基体内部,后端宽度较大,边缘较为 圆滑.裂纹的后部处于镀层的缺陷处,此处基体腐烛较为严重,裂纹穿晶向内扩展,尽管裂纹 有分枝,但主裂纹的走向与拉应力相垂直.并且存在有与主裂纹面大致垂直的近于等闻隔的 二次裂纹.如图3.应力腐蚀断口的裂纹走向开始是{诗晶的,断裂方式由沿晶一解理一准解 第l期高进等:金属材料应力腐蚀失效分析49 理一韧窝断裂. 3应力腐蚀断裂的参量及其测定方法 3.1光滑试样恒载荷试验 在恒载荷拉伸试验机上,由砝码通过杠杆系统加载,在一定的载荷下测定试样的断裂时 间,用以比较材料的应力腐蚀敏感性.测定一t曲线(图1).求得材料在指定时间内不发生 断裂的门槛应力值fh.光滑试样恒载荷试验常用于研究不同材料的应力腐蚀敏感性或其它 因素对应力腐蚀的影响. 3.2预裂纹试样试验 光滑试样恒载荷试验测得的t值中包括裂纹的生核和扩展,但在实际工程构件中裂纹源 往往早已具备,应力腐蚀断裂过程中主要是裂纹扩展,因此预裂纹试样试验可测定应力腐蚀断 裂的断裂力学参量和裂纹扩展动力学参量.预裂纹试样试验通常采用悬臂梁试验方法.试样 与测定断裂韧性相同. 4应力腐蚀断裂产生的原因及解决办法 袁2应力腐蚀断裂原因殛解决办法 原因解决办法 f结构 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 不当{; 【使用维护-币当{ 介质{介质潮湿空气'酸洗残液 r组织形态 材质同组织状: 难免应力集中,改善危险截面的应力状态 减少或去除残留应力,增加残余压应力 正确小心装配 按撵作 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 使用 尽量减少表面损伤 加瑷蚀剂,保护层(潦料或镀层) 降低使用温度 使用奥氍体组织碱少杂质 玲轧 细化晶粒 薄火+高韫回火 一 定的材料,与之匹配的特定介质和拉应力是发生应力腐蚀断裂的主要因素,只要三者缺 一 ,就不会发生应力腐蚀断裂.所以在防止应力腐蚀开裂的工程设计时或对应力腐蚀断裂进 行失效分析时,只要去掉或改变这三要素的一个就能保证设计安全或避免失效.至于改变哪 个要素则要根据具体情况予以确定.有些情况下可以改变热处理工艺从而改变材料的组织减 小应力腐蚀的敏感性;有些情况下,加缓蚀剂或保护层防止应力腐蚀则是改变介质环境的办 法;在设计中避免应力集中,改善危险截面处的受力情况或应力状况则是在削弱和 去掉拉应力 上下工夫.在实际生产中,只要了解应力腐蚀断裂发生的条件和特征,及时判断并 找出引起断 裂的原因,对症下药,就可以解决危害极大的应力腐蚀断裂问题. 山东轻工业学院第15卷 参考文献 [1]金属防腐手册犏写组金属防腐手册【M]上海:科学技术出版杜,1989486. L2]划宝缒材料的腐蚀及其控制【M]北京:北京航空天大学出版杜,198995—106 [3]李金柱腐蚀及腐蚀控制手册[M:北京:国防工业出版杜,1988.263—267 [4]nJ一1052管质量攻关小组可伐告金的银铜焊脆裂——可伐合金退火温度 N~g[j]科学技术通讯,1974,(1):8—10 [5孙珍宝告金锕手册(上册)[M]北京:冶金工业出版社,1984120 Thelossefficiencyanalysisofstresscorrosioncrackingofmetal GAOJin,SUNJin-chang~ (1DepartmentofMechanicalandElectronicEngineering.ShandongInstituteofLight Industry,Jinan250100,China;2JinanBoilerFactory,Jinan250023,China) Abstract:Thispaperstudiesthecondition,character,test1Tlearls,eAtUSeSandimprovingmeaiis ofstresscorrosioncrackingofmetalandprovidesanimportantfoundationforestimatingandana— lyzingthestresscorrosioncrackingofmeta1. Keywords:stresscorrosioncracking;sensibilityofstredscorrosioncracking;thresholdof stressc~rrosion