机械系统可靠性与失效分析_静载荷断裂.ppt

2 4.3 环境致脆断裂失效 4340钢的强度对KISCC的影响 奥氏体不锈钢SCC时间与铁素体 含量的关系，在42%沸MgCl2中 2 2、应力腐蚀开裂的断口及裂纹特征 4.3 环境致脆断裂失效 （1）断口的宏观形态一般为脆性断裂，断口截面基本上垂 直于拉应力方向。断口上有断裂源区、裂纹扩展区和最后断裂区。 2 2、应力腐蚀开裂的断口及裂纹特征 4.3 环境致脆断裂失效 （2）应力腐蚀裂纹源于表面，并呈不连续状，裂纹具有分叉较多、尾部较尖锐（呈树枝状）的特征。 2 2、应力腐蚀开裂的断口及裂纹特征 4.3 环境致脆断裂失效 在一般情况下，当应力较小、腐蚀介质较弱时，应力腐蚀裂纹多呈沿晶扩展；相反，当应力较大、腐蚀介质较强时应力腐蚀裂纹通常是穿晶扩展。 许多情况下，应力腐蚀裂纹也可以是沿晶和穿晶的混合 型。 2 （4）应力腐蚀断口的微观形貌可为岩石状，岩石表面有腐蚀痕迹。严重时整个都为腐蚀产物所覆盖，此时断口则呈泥纹状或龟板状花样。 4.3 环境致脆断裂失效 泥纹状花样 混合断裂 岩石状花样 2 3、应力腐蚀开裂失效分析 4.3 环境致脆断裂失效 （1）详细了解材料的生产过程与处理工艺，掌握材料的成分、 组织状态以及杂质（夹杂物）含量与分布。 硫化物 （2）详细了解设备或部件的结构特点，加工、制造、装配 过程。 必要时对设备或部件进行应力分析和测试，以确定材 料所处的应力状态与大小。注意加工、装配等过程中造成的 残余应力及其分布。 2 3、应力腐蚀开裂失效分析 4.3 环境致脆断裂失效 （5）必要时，可在实际使用条件下进行重复试验或在实验室内进行模拟现场产生应力腐蚀破裂的条件（介质、应力、温度等），也可采用能够预示实际条件下应力腐蚀破裂趋势的加速试验方法，对所出现的应力腐蚀开裂加以验证和模拟。 局部浓缩情况 （3）详细了解设备或部件使用环境特点，介质种类、使用温度等。对于不同的材料，重点分析能够引起应力腐蚀开裂的敏感介质。 （4）断口和裂纹形态的宏观、微观分析，确定断裂的特征。 2 实验室试验 应力腐蚀试验可以采用恒载荷法和恒变形法 4.3 环境致脆断裂失效 2 实验室试验 应力腐蚀试验可以采用恒载荷法和恒变形法 4.3 环境致脆断裂失效 特别注意： 应力腐蚀试验断口要与实际断口对比分析，要一致。 2 4.3.2 氢致脆断失效 Hydrogen-embrittlement 4.3 环境致脆断裂失效 由于氢而导致金属材料在低应力静载荷下的脆性断裂，称为氢致断裂，又称氢脆。 氢除了可使材料变脆外，在某些条件下还会造成表面起泡等其它损伤，而这类损伤与材料本身的脆性关系不大，故许多资料上将其连同使金属变脆的过程统称为氢损伤。 2 1、氢进入金属材料的途径 4.3 环境致脆断裂失效 （4）金属构件在运行过程中，环境也可提供氢 （1）金属材料基体内残留的氢 冶炼、焊接、 熔铸 （2）金属材料在含氢的高温气氛中加热时，进入 金属内部的氢 （3）金属材料在化学及电化学处理过程中，进入 金属内部的氢 2 4.3 环境致脆断裂失效 20钢水冷壁管氢脆爆破爆口和裂纹形貌 2 2、氢致脆断的类型 （1）溶解在金属基体中的氢原子析出并在金属内部的缺陷 处结合成分子状态，由此产生的高压，使材料变脆。 钢中的“白点”即属于此种类型。 4.3 环境致脆断裂失效 （2）由环境气氛中的氢在高温下进入金属内部，并夺取钢 中的碳形成甲烷，使钢变脆。 （3）固溶氢引起的可逆性氢脆 机械零件通常发生的氢致断裂，一般属于此种氢脆。 2 2、氢致脆断的类型 4.3 环境致脆断裂失效 固溶状态的氢不经任何化学反应，仅含少量的氢即可引起氢脆。此类氢脆具有明显的延迟断裂的性质。仅在一定的温度范围内（-100～150?C）出现，在室温附近最敏感。对材料的强度极限、屈服极限、延伸率及冲击韧性影响较小，而对材料的极限断面收缩率影响较大。 2 3、氢致脆断的断口形貌特征 4.3 环境致脆断裂失效 （1）宏观断口齐平，为脆性的结晶状，表面洁 净呈亮灰色；实际构件的氢脆断裂又往往 与机械断裂同时出现，因此断口上常常包 括这两种断裂的特征 。 氢脆断裂断裂源区的形态、大小的分析，有助于正 确判断氢的来源和断裂