7.应力腐蚀电化学方法.pptx

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,2025/11/8 周六,1,第七章 应力作用下腐蚀,7.1,应力腐蚀开裂（,Stress Corrosion Cracking,SCC,）,金属材料在固定拉应力作用下在特定介质中发生脆性断裂。灾难性腐蚀，造成桥梁，轮船，锅炉，液化气罐突然断裂和爆炸，飞机失事，反应堆泄漏等。是危害性最大腐蚀形式。,7.1.1,应力腐蚀开裂特征,（,1,）应力腐蚀断裂必须同时具备三个条件：敏感金属材料,+,足够大拉应力,+,特定腐蚀介质,。,腐蚀和力学协同作用；黄铜氨脆“季裂”,黄铜弹壳在热带雨季发生腐蚀裂纹原因是环境有机物分解产生氨，黄铜弹壳存在内应力，可用退火去除内应力防止,SCC,。锅炉钢“碱脆”；低碳钢在硝酸盐中“硝脆”；高强铝合金，奥氏体不锈钢在氯离子中“氯脆”；钛合金在甲醇溶液中“甲醇脆”等。,（,2,）发生应力腐蚀断裂主要是合金，纯金属不发生。,几乎全部金属合金都有一定应力腐蚀敏感性。,99.99%,铜在氨水中不会腐蚀，但含有,0.04%P,则发生开裂。,1/52,2025/11/8 周六,2,17-4 pH Stainless Steel H,2,S SSC Cracks,H,2,S SSC Cracks in a 17-4pH stainless steel stud from an O&G Wireline Valve Manifold Assembly,2/52,2025/11/8 周六,3,Chloride Stress Corrosion Cracking Photograph,Chloride stress corrosion cracking(SCC)on the cooling water side of a 316L stainless steel exchanger tube.The cooling water contained approximately 400 ppm chlorides had been blocked in with the 350F shellside process still flowing.The black stringers are sulfide inclusions.100X,3/52,2025/11/8 周六,4,极少许腐蚀介质也会造成应力腐蚀。空气中少许闻不到氨也会造成氨脆；奥氏体不锈钢在还有几个,ppm,氯离子高纯水中就会出现,SCC,。液态,N2O4,中含有痕量,O2,会使钛合金贮罐开裂。,（,3,）特定合金只有在特定腐蚀环境中才能发生,SCC,。,4/52,2025/11/8 周六,5,（,4,）只有拉应力能引发,SCC,。,拉应力越大，断裂时间越短。应力腐蚀裂纹方向与应力方向垂直。,（,5,）,SCC,是经典低应力滞后断裂。,三阶段：裂纹孕育期（裂纹萌生阶段），占,90%,时间；裂纹扩展期；快速断裂期；整个断裂时间从几分钟到几年，与材料，环境和应力相关。,（,6,）应力腐蚀裂纹形态：,晶间型（裂纹沿晶界扩展），穿晶型（裂纹穿越晶粒扩展）和混合型。,（,7,）应力腐蚀断裂断口呈脆性断裂形貌，微观上无塑性形变痕迹。,SCC,破裂速度在,0.0010.3cm/h,，远大于无应力单纯腐蚀速度，但又小于单纯应力作用下断裂速度，表达了腐蚀与力学协同交互作用。,5/52,2025/11/8 周六,6,7.1.2,应力腐蚀开裂机理,Pakins,汇总十几个应力腐蚀开裂机理，提出应力腐,蚀谱观点，把,SCC,机理该括为三大类：,预存在活化路径机理,（沿晶界选择溶解机理）；,金属塑性变形产生活化路径,（膜破裂机理，滑移,-,溶,解,-,断裂机理）,有害离子或原子特征吸附机理,（应力吸附机理，氢脆,机理）,6/52,应力腐蚀谱,晶,间,腐,蚀,腐蚀为主 应力为主,脆,性,断,裂,碳钢,Al-Zn-Mg,低合金钢,黄铜,奥氏体不锈钢,MMg-Al,钛合金,高强度钢,在,NO,3,-,中,在,Cl,-,中,在,NH,4,+,中,在,Cl,-,中,在,Cl,-,中,在,Cr,2,O,7,-Cl,-,中,在甲醇中,在,H,2,O,中,硝脆,氯脆,氨脆,氯脆,氯脆,氯脆,甲醇脆,氢脆,已存在活化路径机理（沿晶界选择溶解机理）,应变产生活化路径（膜破裂机理，滑移,-,溶解,-,断裂机理）,三向应力区特殊吸附（应力吸附机理，氢脆机理）,控制原因能够从一端向另一端转变；谱中三种机理随合金结构，介质而改变。,7/52,2025/11/8 周六,8,造成应力腐蚀断裂原因异常复杂，主要三种理论：阳极溶解机理，氢致开裂机理和阳极溶解和氢致开裂共同作用机理。,应力腐蚀开裂过程中，阳极极化裂纹加速，阴极极化，裂纹抑制，表明破坏过程与电化学过程亲密相关。组织结构存在电化学不均匀性，存在缺点性活性中心，成为裂纹源。,裂纹源在特定介质中（,Cl-,）和拉应力联合作用下，产生滑移阶梯拉破表面膜，暴露新鲜金属成为小阳极被快速腐蚀；蚀坑沿滑移线与拉应力垂直方向发展为微观裂纹。发展孕育期。,裂纹尖端含有动力阳极作用：裂纹尖端应力高度集中，使尖端附近区域快速变形屈服造成滑移台阶再现表面膜再次拉断破坏尖端再次加速溶解，形成自加速过程，使裂纹纵深发展，直至材料断裂。,8/52,2025/11/8 周六,9,阳极溶解为主机理：,金属材料在静拉应力与腐蚀介质共同作用下，因为裂纹尖端区阳极溶解过程控制引发脆断（,APC-SCC,）。低碳钢，铝合金，和铜合金,SCC,；奥氏体不锈钢，高锌黄铜。,9/52,2025/11/8 周六,10,氢脆机理：金属材料在拉应力与腐蚀介质共同作用下，因为氢还原反应产生氢原子扩散到裂纹尖端金属内部引发并控制脆断（,HE-SCC,）。高强度钢在雨水，海水中,SCC,，钛合金在海水中,SCC,钢硫化氢,SCC,。,共同作用机理：阳极溶解和析氢都对,SCC,有影响。如钛合金，不锈钢，铝合金，镍合金等,SCC,。,电化学极化对断裂时间,t,f,影响评价,SCC,机理,.,10/52,（,a,）开路,HE,，极化,SCC,停顿；（,b,）开路,APC-SCC,，阴极极化停顿；（,c,）和（,d,）极化方向不一样两种,SCC,都可能，但（,d,）有安全区；（,e,）开路不能断定；（,f,）开路,HE-SCC,；（,g,）有安全区；（,h,）极化无影响可能都起作用，也可能都不起作用。,应力腐蚀开裂机理电化学研究方法,11/52,2025/11/8 周六,12,7.1.3,影响应力腐蚀开裂原因,7.1.3.1,应力原因,应力种类：工作应力（载荷）；,残余应力,（冷轧，机械加工）；,热应力,（焊接，热处理）；结构应力（装配）。拉应力作用在于使金属发生滑移和裂纹扩展，破坏腐蚀产物层，促进局部腐蚀。,7.3.1.2,介质环境原因,（,1,）特殊离子极其浓度影响：只有特定合金,-,环境体系中才能发生,SCC,：黄铜,+,氨溶液；奥氏体不锈钢,+,氯离子溶液；碳钢,+OH,-,离子溶液。,氧浓度，氯离子浓度影响。,（,2,）温度影响：高于临界温度才能发生,SCC,。,（,3,）溶液,pH,值：不一样体系影响不一样：不锈钢：,67,最敏感，,pH,值增加减缓,SCC,。,（,4,）界面电位状态：,SCC,只能在一定电位范围才能够发生。,合金阳极极化曲线三个对,SCC,敏感钝化膜不稳定过渡区：活化,-,阴极保护过渡区；活化,-,钝化过渡区；钝化,-,过钝化过渡区。,12/52,2025/11/8 周六,13,13/52,2025/11/8 周六,14,7.3.1.3,合金成份原因：,合金成份改变会影响结构，表面膜，化学和电化学性能。,奥氏体不锈钢：,Ni,含量,=10%,时对,SCC,最敏感；,45%,时不发生,SCC,；,含,Ni10%,不锈钢：,Cr,含量,512%,无,SCC,；,1225%SCC,敏感性增大；增加铁素体能够抑制,SCC,，开发耐,SCC,双相钢。,18-8,不锈钢：,含,0.12%C,时，,SCC,最敏感；,2%,以上,C,含有免疫力；加入,N,，,P,，,As,，,Sb,，,Bi,增加,SCC,敏感性；加入,Si,，,Co,有利抗,SCC,；,钛合金：,降低含氧量和,Al,含量，加入,Nb,，,Ta,，,V,有利于抗,SCC,；,铝合金：,加入少许,Cr,，,Mn,，,Zr,，,Ti,，,V,，,Ni,能降低,SCC,敏感性；,黄铜：,加入少许,Fe,，,Sn,，,Mn,，,Si,，,Al,，,Cd,，,Pb,增加,SCC,敏感性；,面心立方奥氏体不锈钢：,在低应力下易产生应力腐蚀；,体心立方铁素体不锈钢：,滑移系多，轻易产生交织滑移，难以出现大滑移台阶，难以发生应力腐蚀。,14/52,2025/11/8 周六,15,7.1.4,应力腐蚀开裂控制方法,7.1.4.1,降低和消除应力：,降低设计应力；防止局部应力集中；热处理退火消除残余应力；喷砂，锤击机械方法消除内应力,7.1.4.2,控制环境：,除去危害性大介质成份（水中氧，氯离子）,7.1.4.3,改进材质：,介质和工作条件确定后，选材是控制,SCC,主要步骤。,抗,SCC,材料,不锈钢：,高镍奥氏体钢，高纯奥氏体钢，双相不锈钢，高纯高铬铁素体钢。,铝合金：,包铝,LD10,，包铝,LY12,，,LF21,，,ZL101,。,钛合金：,Ti-10V-2Fe-3Al,，,Ti-2Al-4Mo-4Zr,。,冶金降低材质中杂质，提升纯度，采取合理热处理制度，改进合金组织结构，有利于防止,SCC,。,15/52,2025/11/8 周六,16,7.2,氢损伤（,Hydrogen Induced Corrosion,）,氢存在和与氢反应引发材料性能变坏。,7.2.1,氢损伤特征：,（,1,）使材料韧性和塑性性能下降。,氢鼓泡：氢进入金属内部使金属局部变形，结构破坏；,氢脆：氢进入造成韧性和抗拉强度下降；,脱碳（高温腐蚀）：高温氢与钢表面渗碳体作用，造成钢抗拉强度下降；,氢腐蚀（高温腐蚀）：高温下合金中组分与氢反应，如含氧铜在氢作用下碎裂。,（,2,）氢起源,内氢：冶炼，铸造，酸洗，电镀等工艺过程引入氢；,外氢：氢气和含氢介质在金属表面产生活性氢原子；,氢在金属中主要富集在应力集中位错，裂纹尖端并向拉应力集中处扩散和富集。,（,3,）氢损伤和,SCC,区分：,SCC,阳极溶解，裂纹尖端发展，阴极极化控制,SCC,；,氢损伤是吸收氢原子造成脆性产生和发展，阳极极化控制氢损伤；,极化方向影响能够判断断裂机理。,16/52,2025/11/8 周六,17,Fastener Hydrogen Embrittlement Fracture Surface,Hydrogen embrittlement fracture surface of a bolt showing multiple initiation sites.The fastener was one of eight body bolts in a high pressure pump that failed after years in atmospheric service,17/52,2025/11/8 周六,18,Nomarski intereference contrast photograph of the microstructure of a 17-4PH stainless steel sleeve bearing overlayed with sintered tungsten carbide.A hydrogen embrittlement crack has initiated at the overlay/base metal interface.A mechanical crack in the overlay permitted access of a corrosive downhole environment to the 17-4PH stainless steel base metal.Vilelllas etch.(65X),Hydrogen Embrittlement Cracking of 17-4 Stainless Steel,18/52,2025/11/8 周六,19,Hydrogen Embrittlement of Valve Capscrew Fasteners,Body capscrews from a ball valve showing hydrogen embrittlement fracture.Exposed to atmospheric conditions in a gulf coast environment,they corroded and fractured,separating the valve body.The left capscrew fractured due to hydrogen embrittlement cracking through the complete cross section.The right capscrew initially fractured due to hydrogen embrittlement then propagated due to tensile overload.Both fractures started at the bottom of the photograph.,19/52,2025/11/8 周六,20,7.2.2,氢损伤机理,7.2.2.1,氢脆机理（,HE,）：,氢脆,氢扩散到金属中以固溶态存在或生成氢化物造成材料断裂。,（,1,）原子氢与位错交互作用机理：氢原子存在于点阵空隙处，在应力作用下，氢原子向缺点或裂纹前缘应力集中区扩散，阻止该区域位错运动，,造成局部加工硬化,，提升了金属抗塑性变形能力。在外力作用下，能量只能经过裂纹扩展释放，加速了裂纹扩展。,（,2,）氢压理论：当点阵中氢超出固溶度时，金属中过饱和一部分氢会在晶界，孔洞等缺点区析出，结合为氢分子，产生很高氢气压造成裂纹和脆性开裂。,20/52,（,3,）氢化物形成理论：金属与合金中一些元素与氢反应生成氢化物，造成延展性和韧性下降，造成脆性开裂。,（,4,）点阵脆化理论：氢原子电子进入未添满过渡元素,3d,电子层，增加了电子密度和原子间斥力，降低了点阵间结协力，使金属变脆。,（,5,）氢表面吸附降低金属表面能理论：在腐蚀环境下，引发断裂热力学条件符合,机械功,+,化学功,=2,断裂表面能,+,塑性变形能,氢扩散至微裂纹表面吸附后，降低了断裂表面能，使破坏应力机械功下降。,2025/11/8 周六,21,21/52,2025/11/8 周六,22,7.2.2.2,氢鼓泡机理（,HIC,，,HB,）,过饱和氢原子在夹杂孔穴等缺点位置析出后，形成氢分子，在局部区域造成高氢压，引发表面鼓泡或形成内部裂纹，使材料开裂。,7.2.2.3,氢腐蚀（脱碳）机理（,HC,）：,在高温（,200C,以上）高压条件下，氢进入金属，与合金组分形成氢化物，造成合金强度下降和沿晶界开裂现象。,22/52,2025/11/8 周六,23,7.2.3,影响氢损伤原因,7.2.3.1,氢含量：,氢浓度增加，钢临界应力下降，延伸率降低，敏感性增加。,烘烤除氢后，临界应力升高，敏感性下降。钢吸附氧能力比氢强，能够阻止氢吸附，少许氧能够抑制氢损伤。,7.2.3.2,温度：,氢脆温度范围为,-30+30C,；温度过高，氢扩散加紧，钢中氢含量降低；温度过低，氢扩散速度降低，氢脆敏感性降低。,23/52,7.2.3.3,溶液,pH,值：,酸性,环境有利于氢脆发生；,pH9,时无氢脆发生。,7.2.3.4,应变速率：,应变速率必须与氢扩散速度匹配，使氢有足够时间扩散和裂纹区域富集到临界浓度。,所以，氢损伤只能在一定应变速率下发生,7.2.3.5,合金成份：,Cr,，,Mo,，,W,，,Ti,，,V,，,Nb,等碳化物形成元素能够细化晶粒，提升韧性，降低氢损伤敏感性。,Mn,能够降低应力腐蚀断裂临界强度因子，能够增加敏感性。,2025/11/8 周六,24,24/52,2025/11/8 周六,25,7.2.4,氢损伤控制,7.2.4.1,预防氢脆办法,（,1,）选取耐氢脆合金：,合金中加入,Ni,，,Mo,降低氢损伤敏感性；加入,Cr,，,Al,，,Mo,能在钢表面形成致密保护膜，抑制氢扩散；加入,Pt,，,Pd,，,Cu,等低析氢过电位金属可使吸附氢原子形成氢分子逸出；加入,Ti,，,B,，,V,，,Nb,等碳化物稳定元素，减低,CH,4,形成；含,Cu,钢能够在含有,H,2,S,介质中形成致密,Cu,2,S,，降低氢诱发开裂倾向；将敏感马氏体结构改造为珠光体结构，降低敏感性。,25/52,2025/11/8 周六,26,（,2,）减小内氢办法：,改变工艺条件，降低带入氢数量。,采取真空冶炼，双真空重熔，真空脱气，真空浇注等冶金新工艺提升材质，防止带入氢，改进高强钢滞后断裂敏感性；,采取低氢焊条干燥无水焊接；,采取低氢脆电镀工艺，提升电流效率，降低氢析出；采取,Cd-Ti,合金电镀，离子镀和真空镀技术；,采取合理缓蚀剂进行酸洗；高析氢过电位微量锡能阻止原子氢生成和进入金属；,可逆氢形成氢脆可采取高温处理除氢。但不可逆氢不能采取，防止氢腐蚀。,26/52,2025/11/8 周六,27,（,3,）控制外氢进入：,建立障碍和降低外氢活性等办法,造成氢直接障碍：在基体上施加低氢扩散和低氢溶解度涂层，,Cu,，,Mo,，,Al,，,Ag,，,Au,，,W,等金属镀层和有机涂层；热处理形成致密氧化膜，喷砂，喷丸形成压应力层；,造成氢间接障碍：加入合金元素延缓腐蚀反应，生成含有抑制氢渗透作用产物。,Cu,在含有,H,2,S,介质中形成致密,Cu,2,S,，降低氢诱发开裂倾向。,降低外氢活性：在气相,H,2,S,和,H,2,气中，加入,0.6%0.8%,氧抑制裂纹扩展。,27/52,2025/11/8 周六,28,7.2.4.2,预防氢鼓炮,（,1,）用镇静钢：与沸腾钢相比不存在缺点；,（,2,）使用涂层：采取抑制氢渗透和腐蚀涂层；,Ni,，橡胶，塑料，砖衬；,（,3,）使用缓蚀剂：降低腐蚀和氢离子还原速度；,（,4,）排除有害物质：排除能够阻止氢原子结合为氢分子硫化物，砷化物，氰化物和含磷离子；氢鼓炮极少发生在纯酸腐蚀体系，而经常发生在石油生产流体中；,（,5,）代用合金：镍钢和镍基合金含有很低氢扩散速率。,28/52,氢在金属中扩散过程电化学研究方法,II,区：阴极过程,H,+,+e,H,ads,；,I,区：阳极过程,H,H,+,+e,；,阳极电流比值：,据式计算,值和氢在该金属中扩散系数,D,，并深入计算金属表面（,x=0,）氢原子浓度。,29/52,2025/11/8 周六,30,金属材料在循环应力（张应力,压应力交替改变）或脉动应力（交变应力和拉伸应力叠加）和腐蚀介质共同作用下产生脆断。,循环应力：,卷扬机，油井转杆，深井泵轴。,脉动应力：,凿岩机，船舶推进器，涡轮机叶片，汽车轴，离心机等。,产生腐蚀疲劳金属：,碳钢，低合金钢，奥氏体不锈钢，镍基合金等；,机械失效,80%,是由疲劳失效引发。,疲劳受力方式：,弯曲疲劳，拉压疲劳，扭转疲劳，冲击疲劳，复合疲劳；,接触情况方式：,普通空气疲劳，腐蚀疲劳，高温疲劳，接触疲劳，微动磨损疲劳，冷热循环热疲劳。,腐蚀疲劳危害大于机械疲劳。,7.3,腐蚀疲劳,Corrosion Fatigue,30/52,2025/11/8 周六,31,Corrosion Fatigue Cracks in Brass,Corrosion fatigue cracks on the I.D.of a Admiralty brass exchanger tube.,31/52,2025/11/8 周六,32,Corrosion Fatigue Cracks In AISI 1020 Steel In Oil And Gas Downhole Service,Multiple corrosion fatigue cracks at the I.D.of a AISI 1020 carbon steel downhole tool.The tool was rotating with the I.D.exposed to a water based drilling fluid.2%Nital Etch,50X,32/52,2025/11/8 周六,33,Fatigue Fracture Of A Grade 8 Bolt,Fracture surface of a Grade 8 bolt showing multiple rotating-bending fatigue origin features.,33/52,2025/11/8 周六,34,Fatigue fracture of a compressor connecting rod.The fatigue crack initiated at the left in the phoograph.(0.6X),Fatigue Fracture Of A Compressor Connecting Rod,34/52,2025/11/8 周六,35,7.3.1,特征,（,1,）腐蚀疲劳没有疲劳极限：,腐蚀疲劳极限,对指定循环次数（,N=10,7,）允许应力；,35/52,2025/11/8 周六,36,结构材料疲劳极限,材料,5x10,7,次循环后疲劳极限,/MPa,损伤比,（腐蚀疲劳极限,/,疲劳极限）,空气,水,3%NaCl,水,3%NaCl,低碳钢,250,140,55,0.56,0.22,3.5%Ni,钢,340,155,110,0.46,0.32,15%Cr,钢,380,250,140,0.65,0.36,0.5%C,钢,376,40,0.11,18%Cr-8%Ni,不锈钢,385,355,250,0.92,0.65,Al-4.5%Cu,合金,145,70,55,0.48,0.38,Monel,合金（,70Ni,，,30%Cu,250,185,185,0.74,0.74,7.5%Al,青铜,230,170,155,0.74,0.67,Al-8%Mg,合金,140,30,0.21,镍,340,200,160,0.59,0.47,腐蚀疲劳比金属疲劳含有更大危害性。,36/52,2025/11/8 周六,37,（,2,）腐蚀疲劳在任何金属,-,介质组合中都有可能发生：不要求特定材料,-,介质组合；活化和钝化区皆可发生；,（,3,）腐蚀疲劳断面特征：纯力学疲劳断面光滑，有结晶形状；腐蚀疲劳断面有腐蚀产物和腐蚀蚀坑；,37/52,2025/11/8 周六,38,7.3.2,机理,（,1,）蚀孔应力集中理论：,电化学腐蚀蚀坑,成为应力集中点,拉应力滑移变形，产生滑移台阶，暴露新鲜金属表面产生溶解,当金属受压应力时逆向滑移,不能复原，产生裂纹源,交变应力往复，裂纹不停扩展。,（,2,）滑移带优先溶解理论：金属在交变应力作用下产生驻留滑移带，挤入，挤出处。该处位错密度高，杂质在滑移带沉积，使原子含有较高活性而优先溶解腐蚀，造成阳极性腐蚀疲劳裂纹形核，在交变应力和电化学协同作用下，加速裂纹扩展。,38/52,2025/11/8 周六,39,7.3.3,影响原因,（,1,）力学原因：,应力交变频率,f,和应力不对称系数,R,（,R=,min,/,max,）影响；,只在某一频率范围内，频率越低，裂纹扩展速率越高；,R=1,静拉伸应力；,R=0,纯拉振应力；,R=-1,循环拉应力。,疲劳加载方式影响：,扭转疲劳,旋转弯曲疲劳,拉压疲劳；,波形影响：,正弦波，三角波，正锯齿波,方波，负锯齿波；,应力集中影响：,对于腐蚀疲劳初始引发裂纹影响大，随疲劳次数增加，影响减弱。,39/52,2025/11/8 周六,40,（,2,）环境原因：,温度：,温度升高，疲劳极限下降；腐蚀性增强，疲劳极限降低；,pH,值：,pH,值,4,，腐蚀疲劳寿命降低；,410,，保持恒定；,10,，寿命显著增加；,极化：,阴极极化，裂纹扩展降低，靠近空气水平；但析氢后对高强钢有害；在氧化性介质中阳极极化可提升疲劳极限。,（,3,）材料原因：,耐蚀性高，敏感性小；耐蚀性低，敏感性强；不锈钢耐点蚀性好，敏感性低。,40/52,2025/11/8 周六,41,7.3.4,控制方法,（,1,）合理选材：抗点蚀能力高疲劳极限也高；,SCC,敏感，腐蚀疲劳极限也低；提升金属抗拉强度对改进疲劳有利，但对腐蚀疲劳有害，一旦产生裂纹，扩展速度更加快。,（,2,）降低应力：降低应力集中；结构平衡；防止振动或共振；消除内应力；喷丸产生压应力。,（,3,）降低腐蚀办法：采取涂层，缓蚀剂和电化学保护；但要注意控制残余内应力和渗氢。,41/52,2025/11/8 周六,42,7.4,磨损腐蚀,Wear Corrosion,7.4.1,特征,腐蚀流体（气体，液体，含气泡和颗粒液体）和金属表面相对运动，引发金属加速腐蚀破坏；比单纯磨损和腐蚀更为严重；弯头，三通，阀，泵，离心机，推进器，叶轮，冷凝器，加热器，刀具，磨床。,显示特征腐蚀痕迹；短时间造成破坏。,42/52,2025/11/8 周六,43,7.4.2,磨损腐蚀形式,7.4.2.1,湍流腐蚀,Re=,DV/,；,层流：,Re,2300,，对金属磨损小。,湍流：,Re,2300,，对金属磨损大；,能击穿表面静止边界液层,，加速阴极过程,+,流体对表面切应力（,r,0,=,（,1/2,）,fV,2,，,f,为摩擦系数）；,高切应力能够剥离表面腐蚀产物层和保护膜,，在气泡和固体颗粒存在时增加力矩，增大磨损；,金属不是以粉末形式脱落,，而是以离子形式溶解。,43/52,2025/11/8 周六,44,A,区：层流，均匀腐蚀；,B,区：湍流，加速阴极过程；,C,区：湍流，切应力能除去氧化膜，裸区与膜区组成电偶腐蚀而加速腐蚀；,D,区：湍流，剥除氧化膜面积增大，电偶腐蚀减轻；,E,区：氧化膜全部剥离，不能再钝化，腐蚀加速。,湍流通常发生在管道截面突然改变地方，入口，凸出物，缝隙，沉积物，突然改变方向截面，叶轮，螺旋桨；能造成表面深谷和马蹄形凹槽，与流向相关，蚀谷光滑，无腐蚀产物积累。,44/52,2025/11/8 周六,45,7.4.2.2,冲击腐蚀,(Erosion Corrosion),液滴，射流和携带,固体颗粒,流体流过粗糙腐蚀表面切应力足以剥开表面膜，暴露出新鲜金属而加速腐蚀。,冲击腐蚀发生在能够形成湍流管道拐弯部位，湍流机械作用，气泡冲击作用和气泡中氧去极化作用造成弯管部位严重局部腐蚀，是管壁快速减薄和穿孔。,气泡中氧加速活性金属腐蚀和钝性金属钝化，膜破坏区和完整区电偶腐蚀作用；,低流速下腐蚀过程主导，阴极保护有效；高流速下机械原因为主，阴极保护无效。,45/52,2025/11/8 周六,46,7.4.2.3,空泡腐蚀（,Cavitation Corrosion,）,金属表面附近涡流伴随气泡生成和溃灭所引发腐蚀，造成表面粗化，最终丧失性能。常见于高速流体流经复杂表面，液体压强改变气轮机叶片，船用螺旋桨，泵叶轮等。,流体局部区域绝对压强低于液体汽化压强时形成多达,10,6,个气泡。抵达压强高区域时气泡破灭，同时产生高达,410Mpa,冲击压强，使金属产生塑性变形，造成膜破裂，腐蚀加速，形成蚀坑，并成为新气泡和气穴关键。重复作用造成疲劳剥落。,空泡腐蚀是机械和电化学协同作用结果。,46/52,2025/11/8 周六,47,7.4.2.4,微振腐蚀,(Fretting Wear),加有载荷两种材料接触表面因振动和滑动所产生腐蚀。表面展现带有腐蚀产物麻点和沟纹。常发生于大气环境中振动部件，发动机，铁轨螺栓，汽车轴承，能造成金属部件破坏，氧化锈泥和腐蚀疲劳。,基本条件：界面载荷；表面相对运动（,220,微米）；表面滑移变形。,机理：磨损,-,氧化理论；氧化,-,磨损理论。氧不是必要，但能够加速腐蚀。,47/52,2025/11/8 周六,48,48/52,2025/11/8 周六,49,7.4.3,磨损控制方法,7.4.3.1,湍流腐蚀和冲刷腐蚀控制,正确选材：提升材料耐蚀性和用固溶强化提升耐磨性；,改进结构设计：增大管径，降低流速，增大弯管半径，降低湍流；,改变介质条件：除去固体颗粒，添加缓蚀剂，降低操作温度；,阴极保护；堆焊硬质金属；,49/52,2025/11/8 周六,50,7.4.3.2,空泡腐蚀控制,降低液体流动压差，降低空泡；,提升表面光洁度，降低空泡形核几率；,采取塑料，橡胶高弹性涂层，吸收冲击波；,合理选材。,50/52,2025/11/8 周六,51,7.4.3.3,微振腐蚀控制,提升接触金属硬度：表面渗氮，喷丸，冷加工；,阻止接触面相对运动；法向加压，加垫圈吸收振动，旋紧螺栓；,采取润滑剂，降低摩擦系数；,金属电镀：电镀低熔点镉，铅金属降低摩擦系数；电镀高熔点金属铬，不易冷焊。,51/52,2025/11/8 周六,52,第七章 结束,52/52,