失效分析基礎(chǔ)知識(shí)

1、2022-4-1612 失效分析基礎(chǔ)知識(shí)失效分析基礎(chǔ)知識(shí) 材材 料料 知知 識(shí)識(shí) 力力 學(xué)學(xué) 知知 識(shí)識(shí) 化化 學(xué)學(xué) 知知 識(shí)識(shí)失效失效分析分析2022-4-1622.1 常見缺陷常見缺陷一一 鑄造缺陷鑄造缺陷2.1 金屬構(gòu)件中的常見缺陷金屬構(gòu)件中的常見缺陷一、鑄態(tài)組織缺陷一、鑄態(tài)組織缺陷1. 縮孔與疏松縮孔與疏松圖圖2-1 縮孔缺陷縮孔缺陷(a)低碳鉬鋼鑄錠端部取樣低碳鉬鋼鑄錠端部取樣 形形貌貌特特征征(b) Cr17鑄鋼錠下部取樣鑄鋼錠下部取樣2022-4-163圖圖2-2 疏松缺陷疏松缺陷(a) 45鋼鑄錠的嚴(yán)重疏松鋼鑄錠的嚴(yán)重疏松 (b) 2Cr13鋼熱軋后退火的中心疏松鋼熱軋后退火的

2、中心疏松晶間疏松晶間疏松 & 枝晶疏松枝晶疏松 縮孔與疏松的消除縮孔與疏松的消除合理選擇合金成分合理選擇合金成分 合理的鑄造工藝合理的鑄造工藝 合理的鍛軋工藝合理的鍛軋工藝 縮孔與疏松的危害縮孔與疏松的危害主要使力學(xué)性能、密封性能、表面粗糙度受影響主要使力學(xué)性能、密封性能、表面粗糙度受影響2022-4-1642.偏析偏析偏析偏析凝固形成的晶體凝固形成的晶體內(nèi)部由于擴(kuò)散不內(nèi)部由于擴(kuò)散不足引起的偏析。足引起的偏析。晶內(nèi)偏析晶內(nèi)偏析晶間偏析晶間偏析區(qū)域偏析區(qū)域偏析比重偏析比重偏析凝固形成的枝狀凝固形成的枝狀晶內(nèi)由于擴(kuò)散不晶內(nèi)由于擴(kuò)散不足引起的偏析。足引起的偏析。金屬在凝固時(shí)由金屬在凝固時(shí)由于某些因素

3、的影于某些因素的影響而生產(chǎn)的化學(xué)響而生產(chǎn)的化學(xué)成分不均勻現(xiàn)象成分不均勻現(xiàn)象先結(jié)晶區(qū)域的化先結(jié)晶區(qū)域的化學(xué)成分與后結(jié)晶學(xué)成分與后結(jié)晶區(qū)域間的偏析。區(qū)域間的偏析。先結(jié)晶區(qū)域的比先結(jié)晶區(qū)域的比重不同于后結(jié)晶重不同于后結(jié)晶區(qū)域間的偏析。區(qū)域間的偏析。2022-4-165偏析的預(yù)防偏析的預(yù)防 凈化合金液凈化合金液 改善凝固條件改善凝固條件 擴(kuò)散退火處理擴(kuò)散退火處理圖圖2-3 硫的區(qū)域偏析硫的區(qū)域偏析(硫印圖硫印圖)2022-4-1663. 氣孔與白點(diǎn)氣孔與白點(diǎn)氣孔的類型：氣孔的類型：侵入氣孔、析出氣孔和反應(yīng)氣孔侵入氣孔、析出氣孔和反應(yīng)氣孔 氣孔的危害：氣孔的危害：降低強(qiáng)度、氣密性、耐蝕性和耐熱性降低強(qiáng)度

4、、氣密性、耐蝕性和耐熱性氣孔的預(yù)防：氣孔的預(yù)防：合金液除氣、合理的鑄造工藝合金液除氣、合理的鑄造工藝圖圖2-4 氣孔氣孔2022-4-167白點(diǎn)：白點(diǎn)：合金液中的氫在凝固時(shí)析出形成氣體氫，聚集于合金液中的氫在凝固時(shí)析出形成氣體氫，聚集于合金內(nèi)，在縱向斷口上呈現(xiàn)為表面光滑、銀白色的圓形合金內(nèi)，在縱向斷口上呈現(xiàn)為表面光滑、銀白色的圓形或橢圓形的斑點(diǎn)?；驒E圓形的斑點(diǎn)。白點(diǎn)的消除白點(diǎn)的消除：凈化除氣：凈化除氣易發(fā)鋼種：易發(fā)鋼種： 含含Cr、Ni、Mn的合金結(jié)的合金結(jié)構(gòu)鋼及低合金工具鋼構(gòu)鋼及低合金工具鋼提醒：提醒：含白點(diǎn)的鋼材或含白點(diǎn)的鋼材或其它材料不能使用！其它材料不能使用！圖圖2-5 白點(diǎn)白點(diǎn)202

5、2-4-168二二 鍛軋件缺陷鍛軋件缺陷二、鍛軋件缺陷二、鍛軋件缺陷1. 內(nèi)部組織缺陷內(nèi)部組織缺陷 危害危害: 脆性增加，強(qiáng)度下降脆性增加，強(qiáng)度下降!a. 粗大的魏氏組織粗大的魏氏組織提醒提醒: 重要件不允許有魏氏組織重要件不允許有魏氏組織圖圖2-6 魏氏組織魏氏組織2022-4-169b.網(wǎng)絡(luò)狀碳化物及帶狀組織網(wǎng)絡(luò)狀碳化物及帶狀組織提醒：提醒：常導(dǎo)致工、模具鋼過早失效常導(dǎo)致工、模具鋼過早失效危害：危害：使性能呈各向異性使性能呈各向異性!(a) (b)圖圖2-7 網(wǎng)絡(luò)狀碳化物網(wǎng)絡(luò)狀碳化物(a)及帶狀組織及帶狀組織(b)2022-4-1610c. 鋼材表面脫碳鋼材表面脫碳(a) (b)圖圖2-8

6、 鍛制螺栓表面脫碳后的組織鍛制螺栓表面脫碳后的組織(a)及強(qiáng)度降低而變形及強(qiáng)度降低而變形(b)2022-4-16112. 鋼材表面缺陷鋼材表面缺陷 a. 劃痕劃痕 b. 表面裂紋表面裂紋 c. 分層分層 d. 折疊折疊e. 結(jié)疤結(jié)疤 ：金屬錠或型材表面的凹凸坑：金屬錠或型材表面的凹凸坑(23mm)圖圖2-9 低碳鉬鋼管內(nèi)壁的折疊和結(jié)疤低碳鉬鋼管內(nèi)壁的折疊和結(jié)疤2022-4-1612三三 夾雜物對(duì)鋼性能的影響夾雜物對(duì)鋼性能的影響三、夾雜物對(duì)鋼性能的影三、夾雜物對(duì)鋼性能的影響響1. 夾雜物的類型夾雜物的類型構(gòu)件失效中，構(gòu)件失效中，90%是疲勞失效是疲勞失效(正常使用時(shí)正常使用時(shí))。a. 脆性夾雜物

7、脆性夾雜物圖圖2-11 裂紋優(yōu)先在較大夾雜物與鋼基體交界處產(chǎn)生裂紋優(yōu)先在較大夾雜物與鋼基體交界處產(chǎn)生a. (OM像像)38CrMoAl疲勞試樣表面裂紋疲勞試樣表面裂紋b. (SEM像像)疲勞斷口疲勞斷口, 夾雜物與鋼基體脫開夾雜物與鋼基體脫開2022-4-1613b. 塑性夾雜物塑性夾雜物 圖圖2-12 串鏈狀?yuàn)A雜物串鏈狀?yuàn)A雜物 圖圖2-13 硫化錳塑性夾雜物硫化錳塑性夾雜物2022-4-1614c. 半塑性變形的夾雜物半塑性變形的夾雜物(a)球型鋁酸鈣與鋁硅酸鹽復(fù)合夾雜物球型鋁酸鈣與鋁硅酸鹽復(fù)合夾雜物 (b)尖晶石型雙氧化物與鋁硅酸鹽復(fù)合夾雜物尖晶石型雙氧化物與鋁硅酸鹽復(fù)合夾雜物 圖圖2-1

8、4 復(fù)合夾雜物的變形復(fù)合夾雜物的變形2022-4-16152. 夾雜物對(duì)鋼性能的影響夾雜物對(duì)鋼性能的影響a. 夾雜物使鋼產(chǎn)生微裂紋夾雜物使鋼產(chǎn)生微裂紋b. 夾雜物易引起應(yīng)力集中夾雜物易引起應(yīng)力集中c. 夾雜物降低鋼的韌性夾雜物降低鋼的韌性主要是指對(duì)強(qiáng)度和韌性的影響。主要是指對(duì)強(qiáng)度和韌性的影響。2022-4-1616四 焊接組織缺陷四、焊接組織缺陷四、焊接組織缺陷1. 接頭的形成與區(qū)域特征接頭的形成與區(qū)域特征圖圖2-16 焊接接頭區(qū)域、熱影響區(qū)、焊縫結(jié)晶過程焊接接頭區(qū)域、熱影響區(qū)、焊縫結(jié)晶過程a. 接頭組織區(qū)域劃分接頭組織區(qū)域劃分熱熱影影響響區(qū)區(qū)b. 焊縫及熱影響區(qū)的組織焊縫及熱影響區(qū)的組織 c

9、.c. 焊縫結(jié)晶過程焊縫結(jié)晶過程2022-4-1617圖圖2-19 焊縫中的多邊化裂紋焊縫中的多邊化裂紋2. 焊接裂紋焊接裂紋a. 熱裂紋熱裂紋：有結(jié)晶裂紋、高溫液化裂紋和多邊化裂紋：有結(jié)晶裂紋、高溫液化裂紋和多邊化裂紋圖圖2-18 焊縫中的高溫液化裂紋焊縫中的高溫液化裂紋2022-4-1618b. 再熱裂紋再熱裂紋熱處理過程中產(chǎn)生的裂紋，一般在熱處理過程中產(chǎn)生的裂紋，一般在550650最為敏感。最為敏感。圖圖2-20 焊縫中的再熱裂紋焊縫中的再熱裂紋2022-4-1619c. 冷裂紋冷裂紋 較低溫度下在熱影較低溫度下在熱影響區(qū)產(chǎn)生的裂紋，是一響區(qū)產(chǎn)生的裂紋，是一種影響較大的缺陷。有種影響較大

10、的缺陷。有以下三種類型：以下三種類型：延遲裂紋延遲裂紋淬硬脆化裂紋淬硬脆化裂紋低塑性脆化裂紋低塑性脆化裂紋 圖圖2-21 焊縫中的延遲裂紋焊縫中的延遲裂紋2022-4-1620圖圖2-22 焊縫中的淬硬脆化裂紋焊縫中的淬硬脆化裂紋2022-4-1621d. 層狀撕裂層狀撕裂層狀撕裂溫度不超過層狀撕裂溫度不超過400；常發(fā)生在裝焊過程或結(jié)構(gòu)完工之后，是一種難修復(fù)的結(jié)常發(fā)生在裝焊過程或結(jié)構(gòu)完工之后，是一種難修復(fù)的結(jié) 構(gòu)破壞，甚至造成災(zāi)難性事故；構(gòu)破壞，甚至造成災(zāi)難性事故；低合金高強(qiáng)鋼或調(diào)質(zhì)鋼的厚板結(jié)構(gòu)，如采油平臺(tái)、厚壁低合金高強(qiáng)鋼或調(diào)質(zhì)鋼的厚板結(jié)構(gòu)，如采油平臺(tái)、厚壁 容器、潛艇等，易發(fā)生層狀撕裂。

11、容器、潛艇等，易發(fā)生層狀撕裂。 圖圖2-23 T型接頭的層狀撕裂型接頭的層狀撕裂2022-4-1622五五 熱處理組織缺陷熱處理組織缺陷五、熱處理組織缺陷五、熱處理組織缺陷 零件在加熱和冷卻過程中，因熱應(yīng)力和組織零件在加熱和冷卻過程中，因熱應(yīng)力和組織應(yīng)力而生產(chǎn)的缺陷，如淬裂。應(yīng)力而生產(chǎn)的缺陷，如淬裂。原材料已有缺陷原材料已有缺陷原始組織不良原始組織不良有夾雜物有夾雜物淬火溫度不當(dāng)淬火溫度不當(dāng)淬火時(shí)冷卻不當(dāng)淬火時(shí)冷卻不當(dāng)有機(jī)械加工缺陷有機(jī)械加工缺陷淬火后回火不及時(shí)淬火后回火不及時(shí)淬裂原因：淬裂原因：2022-4-16232.2 力學(xué)計(jì)算基礎(chǔ)力學(xué)計(jì)算基礎(chǔ)一一 傳統(tǒng)強(qiáng)度理論傳統(tǒng)強(qiáng)度理論2.2 力學(xué)計(jì)

12、算基本概念力學(xué)計(jì)算基本概念一、傳統(tǒng)強(qiáng)度理論一、傳統(tǒng)強(qiáng)度理論強(qiáng)度理論：解釋構(gòu)件強(qiáng)度失效不同的決定性因素的理論。強(qiáng)度理論：解釋構(gòu)件強(qiáng)度失效不同的決定性因素的理論。斷裂失效有：斷裂失效有：最大拉應(yīng)力理論最大拉應(yīng)力理論、最大拉應(yīng)變理論最大拉應(yīng)變理論屈服失效有：屈服失效有：最大切應(yīng)力理論最大切應(yīng)力理論、形狀改變比能理論形狀改變比能理論 1. 強(qiáng)度理論強(qiáng)度理論a最大拉應(yīng)力理論最大拉應(yīng)力理論 (第一強(qiáng)度理論第一強(qiáng)度理論) 決定構(gòu)件產(chǎn)生決定構(gòu)件產(chǎn)生斷裂失效斷裂失效的主要因素是最大拉應(yīng)力的主要因素是最大拉應(yīng)力 。1適用適用 以拉伸為主的脆性材料，如鑄鐵、石料等；以拉伸為主的脆性材料，如鑄鐵、石料等；范圍范圍 主

13、應(yīng)力均為拉應(yīng)力的二向應(yīng)力狀態(tài)的脆性材料。主應(yīng)力均為拉應(yīng)力的二向應(yīng)力狀態(tài)的脆性材料。而而 ，K為安全系數(shù)為安全系數(shù)b k 強(qiáng)度條件強(qiáng)度條件:1 ，2022-4-1624 決定材料發(fā)生決定材料發(fā)生斷裂失效斷裂失效的主要因素是單元體中的最大的主要因素是單元體中的最大拉應(yīng)變拉應(yīng)變1。即不論是單向應(yīng)力或復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，只要單元體。即不論是單向應(yīng)力或復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，只要單元體中的最大拉應(yīng)變中的最大拉應(yīng)變1 達(dá)到單向拉伸情況下發(fā)生斷裂失效時(shí)的達(dá)到單向拉伸情況下發(fā)生斷裂失效時(shí)的拉應(yīng)變極限值拉應(yīng)變極限值f 時(shí)，材料就將發(fā)生斷裂失效。時(shí)，材料就將發(fā)生斷裂失效。強(qiáng)度條件：強(qiáng)度條件：1 f 極限應(yīng)變：極限應(yīng)變：f b E

14、廣義虎克定律：廣義虎克定律：1 1(23)1E即強(qiáng)度條件：即強(qiáng)度條件： 1(23) 當(dāng)單向拉伸時(shí)，當(dāng)單向拉伸時(shí)，11Ef bE，第二強(qiáng)度理論與第一強(qiáng)度理論完全一致。第二強(qiáng)度理論與第一強(qiáng)度理論完全一致。b最大拉應(yīng)變理論最大拉應(yīng)變理論 (第二強(qiáng)度理論第二強(qiáng)度理論)2022-4-1625 第二強(qiáng)度理論能很好地解釋脆性材料受軸向壓縮時(shí)，第二強(qiáng)度理論能很好地解釋脆性材料受軸向壓縮時(shí)，沿縱向發(fā)生的斷裂失效現(xiàn)象；沿縱向發(fā)生的斷裂失效現(xiàn)象； 脆性材料受一拉一壓的二向應(yīng)力狀態(tài)，斷裂試驗(yàn)結(jié)果脆性材料受一拉一壓的二向應(yīng)力狀態(tài)，斷裂試驗(yàn)結(jié)果與第二強(qiáng)度理論計(jì)算結(jié)果相近。與第二強(qiáng)度理論計(jì)算結(jié)果相近。 第二強(qiáng)度理論對(duì)塑性材

15、料不適用，因?yàn)榈诙?qiáng)度理論對(duì)塑性材料不適用，因?yàn)槭遣牧蠁问遣牧蠁蜗蚶鞎r(shí)沿橫截面發(fā)生脆斷失效的許用應(yīng)力，像塑性材料向拉伸時(shí)沿橫截面發(fā)生脆斷失效的許用應(yīng)力，像塑性材料(如低碳鋼如低碳鋼)是不可能通過單向拉伸試驗(yàn)得到材料在脆斷時(shí)是不可能通過單向拉伸試驗(yàn)得到材料在脆斷時(shí)的極限值的極限值f 的。的。2022-4-1626c最大切應(yīng)力理論最大切應(yīng)力理論 (第三強(qiáng)度理論第三強(qiáng)度理論)強(qiáng)度條件：強(qiáng)度條件：max s 即強(qiáng)度條件：即強(qiáng)度條件： 13 復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下，復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下，max (13)2其中其中s k單向應(yīng)力時(shí)，單向應(yīng)力時(shí)，s s2適用范圍：適用范圍： 該理論是塑性屈服判據(jù)，而不是斷裂判據(jù)；該理論

16、是塑性屈服判據(jù)，而不是斷裂判據(jù)； 結(jié)果偏于安全結(jié)果偏于安全(沒考慮主應(yīng)力沒考慮主應(yīng)力2的影響的影響)； 不能解釋脆性材料的失效。不能解釋脆性材料的失效。 決定材料塑性決定材料塑性屈服而失效屈服而失效的主要因素是單元體中的最的主要因素是單元體中的最大切應(yīng)力。即不論是單向應(yīng)力或復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，只要單元大切應(yīng)力。即不論是單向應(yīng)力或復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，只要單元體中的最大切應(yīng)力體中的最大切應(yīng)力max 達(dá)到單向拉伸下發(fā)生塑性屈服時(shí)的達(dá)到單向拉伸下發(fā)生塑性屈服時(shí)的極限切應(yīng)力極限切應(yīng)力s 時(shí)，材料就發(fā)生塑性屈服而失效。時(shí)，材料就發(fā)生塑性屈服而失效。2022-4-1627d形狀改變比能理論形狀改變比能理論 (第四強(qiáng)度理

17、論第四強(qiáng)度理論)復(fù)雜應(yīng)力下構(gòu)件的形狀改變比能為復(fù)雜應(yīng)力下構(gòu)件的形狀改變比能為 f (12 )2 + (23 )2 + (31 )2 1+6E 強(qiáng)度條件：強(qiáng)度條件：f (2s2 )1+6E單向拉伸時(shí)材料與單向拉伸時(shí)材料與s 相應(yīng)的形狀改變比能為相應(yīng)的形狀改變比能為1+6E(2s2 ) 塑性材料，構(gòu)件形狀改變比能是引起塑性材料，構(gòu)件形狀改變比能是引起屈服屈服的主要因素。的主要因素。即無論構(gòu)件處于何應(yīng)力狀態(tài)，只要形狀改變比能即無論構(gòu)件處于何應(yīng)力狀態(tài)，只要形狀改變比能f 達(dá)到材達(dá)到材料在單向拉伸時(shí)發(fā)生屈服應(yīng)力料在單向拉伸時(shí)發(fā)生屈服應(yīng)力s 相應(yīng)的形狀改變比能，材相應(yīng)的形狀改變比能，材料就屈服引起構(gòu)件失效

18、。料就屈服引起構(gòu)件失效。 )()()(21213232221即即2022-4-1628形狀改變比能理論又稱為形狀改變比能理論又稱為均方根切應(yīng)力理論均方根切應(yīng)力理論適用范圍適用范圍 該理論是塑性屈服判據(jù)，而不是斷裂判據(jù)；該理論是塑性屈服判據(jù)，而不是斷裂判據(jù)； 常用于塑性好的材料如鋼、鋁、銅等；常用于塑性好的材料如鋼、鋁、銅等； 與試驗(yàn)結(jié)果吻合程度比第二強(qiáng)度理論更好。與試驗(yàn)結(jié)果吻合程度比第二強(qiáng)度理論更好。2. 各強(qiáng)度理論的適用范圍各強(qiáng)度理論的適用范圍 強(qiáng)度理論的強(qiáng)度條件統(tǒng)一式：強(qiáng)度理論的強(qiáng)度條件統(tǒng)一式： e (e : 相當(dāng)應(yīng)力相當(dāng)應(yīng)力) e-構(gòu)件危險(xiǎn)點(diǎn)處于三個(gè)主應(yīng)力的某種組合。構(gòu)件危險(xiǎn)點(diǎn)處于三個(gè)主

19、應(yīng)力的某種組合。2022-4-1629四個(gè)強(qiáng)度理論的四個(gè)強(qiáng)度理論的相當(dāng)應(yīng)力相當(dāng)應(yīng)力表達(dá)式如下：表達(dá)式如下： )()()(21 )4( )3()( )2( ) 1 (213232221313211eeee用用e 對(duì)構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度校核，應(yīng)清楚：對(duì)構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度校核，應(yīng)清楚： 所用強(qiáng)度理論應(yīng)與在該種應(yīng)力狀態(tài)下的失效形式相適應(yīng)；所用強(qiáng)度理論應(yīng)與在該種應(yīng)力狀態(tài)下的失效形式相適應(yīng)； 采用的采用的應(yīng)與該失效形式的極限應(yīng)力相符合。應(yīng)與該失效形式的極限應(yīng)力相符合。2022-4-1630受三向壓應(yīng)力受三向壓應(yīng)力(但但 不能用脆性材料的單不能用脆性材料的單向許用應(yīng)力向許用應(yīng)力)或塑性材料的薄壁圓筒受或塑性材料的薄壁圓筒

20、受單單/雙向拉應(yīng)力。雙向拉應(yīng)力。如鋼梁如鋼梁塑性材料：受單塑性材料：受單/雙向拉應(yīng)力雙向拉應(yīng)力(偏安全偏安全)。如鋼制圓筒如鋼制圓筒脆性材料：受單脆性材料：受單/雙雙/三向拉應(yīng)力三向拉應(yīng)力;塑性材料：受三向拉應(yīng)力塑性材料：受三向拉應(yīng)力( 不是單向不是單向拉伸時(shí)的許用應(yīng)力拉伸時(shí)的許用應(yīng)力)。第二類強(qiáng)第二類強(qiáng)度理論度理論(屈服失效屈服失效理論理論)第一類強(qiáng)第一類強(qiáng)度理論度理論(斷裂失效斷裂失效理論理論)強(qiáng)度理論名稱及分類強(qiáng)度理論名稱及分類4-形狀改形狀改變比能理論變比能理論3-最大切最大切應(yīng)力理論應(yīng)力理論2-最大拉最大拉應(yīng)變理論應(yīng)變理論1-最大拉最大拉應(yīng)力理論應(yīng)力理論適用范圍適用范圍脆性材料：受軸

21、向壓縮或一拉一壓的脆性材料：受軸向壓縮或一拉一壓的二向應(yīng)力二向應(yīng)力2022-4-16313. 對(duì)傳統(tǒng)強(qiáng)度理論的評(píng)價(jià)對(duì)傳統(tǒng)強(qiáng)度理論的評(píng)價(jià) GBl50鋼制壓力容器鋼制壓力容器 、美國、美國ASME鍋爐及壓力鍋爐及壓力容器規(guī)范容器規(guī)范、英國、英國BS5500非直接火壓力容器非直接火壓力容器、日本的、日本的JIS B 8243壓力容器構(gòu)造壓力容器構(gòu)造等都采用傳統(tǒng)強(qiáng)度理論。等都采用傳統(tǒng)強(qiáng)度理論。 GBl50-1998鋼制壓力容器鋼制壓力容器 靜載荷壓力容器及其構(gòu)件，設(shè)計(jì)壓力為靜載荷壓力容器及其構(gòu)件，設(shè)計(jì)壓力為0.135MP； 容器中任一點(diǎn)應(yīng)力按平面力系將其歸結(jié)為單向屈服的關(guān)系，用彈性容器中任一點(diǎn)應(yīng)力按平

22、面力系將其歸結(jié)為單向屈服的關(guān)系，用彈性強(qiáng)度理論導(dǎo)出；強(qiáng)度理論導(dǎo)出； 總體一次薄膜應(yīng)力用總體一次薄膜應(yīng)力用最大拉應(yīng)力理論最大拉應(yīng)力理論，將其控制在許用應(yīng)力之下；，將其控制在許用應(yīng)力之下； 局部應(yīng)力用局部應(yīng)力用最大切應(yīng)力理論最大切應(yīng)力理論，以三個(gè)主應(yīng)力的最大與最小的差值為，以三個(gè)主應(yīng)力的最大與最小的差值為應(yīng)力強(qiáng)度，將其限制在許用值之下。應(yīng)力強(qiáng)度，將其限制在許用值之下。(1) 對(duì)工程實(shí)踐仍起指導(dǎo)作用對(duì)工程實(shí)踐仍起指導(dǎo)作用2022-4-1632(2) 計(jì)算結(jié)果不夠準(zhǔn)確計(jì)算結(jié)果不夠準(zhǔn)確傳統(tǒng)強(qiáng)度計(jì)算假設(shè)材料均勻連續(xù)、無損傷傳統(tǒng)強(qiáng)度計(jì)算假設(shè)材料均勻連續(xù)、無損傷 實(shí)際材料為非均勻連續(xù)的，存在微裂紋、微孔洞、剪

23、切實(shí)際材料為非均勻連續(xù)的，存在微裂紋、微孔洞、剪切帶以及各種損傷基元的組合，這大大降低了承載能力。帶以及各種損傷基元的組合，這大大降低了承載能力。傳統(tǒng)強(qiáng)度計(jì)算采用較高的安全系數(shù)傳統(tǒng)強(qiáng)度計(jì)算采用較高的安全系數(shù) 安全系數(shù)是一安全系數(shù)是一模糊概念模糊概念，它包容材料的實(shí)際情況、真實(shí)，它包容材料的實(shí)際情況、真實(shí)變形和制造、使用等過程變化；變形和制造、使用等過程變化； 安全系數(shù)是安全系數(shù)是經(jīng)驗(yàn)取值經(jīng)驗(yàn)取值，當(dāng)它未能包含以經(jīng)驗(yàn)取值的因素，當(dāng)它未能包含以經(jīng)驗(yàn)取值的因素時(shí)，事故就發(fā)生了。時(shí)，事故就發(fā)生了。 如如“泰坦尼克泰坦尼克”豪華游船的慘劇豪華游船的慘劇2022-4-1633二二 斷裂力學(xué)知識(shí)斷裂力學(xué)知識(shí)

24、二、斷裂力學(xué)基本概念二、斷裂力學(xué)基本概念 斷裂力學(xué)研究宏觀裂紋斷裂力學(xué)研究宏觀裂紋(0.1mm)的均勻連續(xù)基體的力學(xué)的均勻連續(xù)基體的力學(xué)行為，認(rèn)為斷裂主要是宏觀裂紋的成長及其失穩(wěn)擴(kuò)展。行為，認(rèn)為斷裂主要是宏觀裂紋的成長及其失穩(wěn)擴(kuò)展。 裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展通常由裂紋端點(diǎn)開始，裂端區(qū)的應(yīng)力應(yīng)變場裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展通常由裂紋端點(diǎn)開始，裂端區(qū)的應(yīng)力應(yīng)變場強(qiáng)度大小與裂紋的穩(wěn)定性密切相關(guān)，當(dāng)裂端表征應(yīng)力應(yīng)變場強(qiáng)度大小與裂紋的穩(wěn)定性密切相關(guān)，當(dāng)裂端表征應(yīng)力應(yīng)變場強(qiáng)度的參量達(dá)到臨界值時(shí)，裂紋迅速擴(kuò)展，使構(gòu)件斷裂。強(qiáng)度的參量達(dá)到臨界值時(shí)，裂紋迅速擴(kuò)展，使構(gòu)件斷裂。 兩個(gè)問題兩個(gè)問題 裂紋體在裂端區(qū)裂紋體在裂端區(qū)應(yīng)力應(yīng)變場強(qiáng)度

25、應(yīng)力應(yīng)變場強(qiáng)度的表征及變化規(guī)律；的表征及變化規(guī)律； 裂紋體發(fā)生失穩(wěn)擴(kuò)展的裂紋體發(fā)生失穩(wěn)擴(kuò)展的臨界值臨界值。定量關(guān)系定量關(guān)系 建立構(gòu)件裂紋尺寸、工作應(yīng)力與材料抵抗裂紋擴(kuò)展能力建立構(gòu)件裂紋尺寸、工作應(yīng)力與材料抵抗裂紋擴(kuò)展能力之間的定量關(guān)系是斷裂力學(xué)研究的重點(diǎn)之間的定量關(guān)系是斷裂力學(xué)研究的重點(diǎn) 。2022-4-1634圖圖2-26 材料斷裂的載荷材料斷裂的載荷-變形量關(guān)系變形量關(guān)系載荷載荷-變形量呈線性關(guān)系變形量呈線性關(guān)系(有很小一段非線性關(guān)系有很小一段非線性關(guān)系)載荷與變形量由線性載荷與變形量由線性關(guān)系變?yōu)榉蔷€性關(guān)系關(guān)系變?yōu)榉蔷€性關(guān)系線彈性斷裂力學(xué)線彈性斷裂力學(xué)彈塑性斷裂力學(xué)彈塑性斷裂力學(xué)斷裂力學(xué)

26、斷裂力學(xué)2022-4-16351. 線彈性斷裂力學(xué)線彈性斷裂力學(xué)1. 線彈性斷裂力學(xué)及其應(yīng)用線彈性斷裂力學(xué)及其應(yīng)用圖圖2-27 裂紋擴(kuò)展的三種基本類型裂紋擴(kuò)展的三種基本類型 (1) 裂紋擴(kuò)展的三種基本類型裂紋擴(kuò)展的三種基本類型假假 設(shè)：設(shè)： 材料是線彈性的；材料是線彈性的； 忽略裂紋尖端出現(xiàn)的體積很小的忽略裂紋尖端出現(xiàn)的體積很小的塑性區(qū)塑性區(qū)的影響。的影響。2022-4-16362 a裂紋尖端引起的裂紋尖端引起的應(yīng)應(yīng)力集中力集中 圖圖2-28 無限大平板中心長為無限大平板中心長為2a 貫穿厚裂紋貫穿厚裂紋(2) 張開型裂紋尖端張開型裂紋尖端附近附近的二向應(yīng)力場方程的二向應(yīng)力場方程2022-4-

27、1637.(2-6a).(2-6b).(2-6c).(2-6d)K - 應(yīng)力場強(qiáng)度因子應(yīng)力場強(qiáng)度因子 aK )23sin2sin1 (2cos2 1rkx )23sin2sin1 (2cos2 1rky )23cos2cos2sin2 1rkxy在裂紋尖端擴(kuò)展線在裂紋尖端擴(kuò)展線(即即x軸軸) 上，上，=0, sin=0, 此時(shí)此時(shí)0 ,2 xyyxrk2022-4-1638裂紋尖端處于裂紋尖端處于平面應(yīng)力平面應(yīng)力(即二向應(yīng)力即二向應(yīng)力)狀態(tài)，如狀態(tài)，如薄板受力，薄板受力，z=0 。裂紋尖端處于裂紋尖端處于平面應(yīng)變平面應(yīng)變(即三即三向應(yīng)力向應(yīng)力)狀態(tài)，如厚板受力，狀態(tài)，如厚板受力，z=0，z=(

28、x+y) 。2022-4-1639(3) 應(yīng)力場強(qiáng)度因子應(yīng)力場強(qiáng)度因子K Y叫叫幾何因子幾何因子(或形狀因子或形狀因子)，它是和載荷無關(guān)，它是和載荷無關(guān)，而與裂紋形狀、加載方式及其試樣集合形狀有關(guān)的量。而與裂紋形狀、加載方式及其試樣集合形狀有關(guān)的量。 K叫叫應(yīng)力場強(qiáng)度因子，它應(yīng)力場強(qiáng)度因子，它控制了應(yīng)力的大小。控制了應(yīng)力的大小。對(duì)其它裂紋狀態(tài)的張開型裂紋，對(duì)其它裂紋狀態(tài)的張開型裂紋，(2-6)(2-6)式仍成立，但式仍成立，但akY1(2-8)2022-4-1640 當(dāng)當(dāng)K增大到某一臨界值增大到某一臨界值KC時(shí)時(shí)( (臨界狀態(tài)臨界狀態(tài)) ), , 裂紋突然裂紋突然擴(kuò)展，材料快速斷裂。擴(kuò)展，材料

29、快速斷裂。KC又叫斷裂韌性。又叫斷裂韌性。(4) 臨界應(yīng)力場強(qiáng)度因子臨界應(yīng)力場強(qiáng)度因子KC Y Y11CCCCakak或(2-8)C C-斷裂應(yīng)力，斷裂應(yīng)力，a C C-臨界裂紋尺寸臨界裂紋尺寸 KC反映了有裂紋存在時(shí)材料抵抗脆性斷裂的能力反映了有裂紋存在時(shí)材料抵抗脆性斷裂的能力, ,是是強(qiáng)度和韌性的綜合性能指標(biāo)強(qiáng)度和韌性的綜合性能指標(biāo), ,它測(cè)定方法參考它測(cè)定方法參考GB4161GB4161。 KC越大，其斷裂韌性越好。越大，其斷裂韌性越好。2022-4-1641某些工程用鋼的屈服強(qiáng)度及其平面應(yīng)變斷裂韌度某些工程用鋼的屈服強(qiáng)度及其平面應(yīng)變斷裂韌度KC524481011Cr18Ni925848

30、1961Cr18Ni9471500室溫室溫40CrNiMo97105475500室溫室溫15MnVR130149360室溫室溫16MnR8491260045KC SMPa 試驗(yàn)溫度試驗(yàn)溫度鋼材牌號(hào)鋼材牌號(hào)mMPa(5) 脆性斷裂判據(jù)及工程應(yīng)用脆性斷裂判據(jù)及工程應(yīng)用脆性斷裂判據(jù)：脆性斷裂判據(jù)： K KC (簡稱簡稱K判據(jù)判據(jù))2022-4-1642解釋低應(yīng)力脆斷失效的原因解釋低應(yīng)力脆斷失效的原因(材料存在裂紋缺陷，服役期材料存在裂紋缺陷，服役期間，裂紋長大及失穩(wěn)擴(kuò)展間，裂紋長大及失穩(wěn)擴(kuò)展)；計(jì)算構(gòu)件的最大裂紋容限，對(duì)構(gòu)件做出安全評(píng)價(jià)；計(jì)算構(gòu)件的最大裂紋容限，對(duì)構(gòu)件做出安全評(píng)價(jià)； 根據(jù)裂紋尺寸，確

31、定構(gòu)件最大工作應(yīng)力或最大允許載荷；根據(jù)裂紋尺寸，確定構(gòu)件最大工作應(yīng)力或最大允許載荷；若能得出裂紋擴(kuò)展速率，可計(jì)算構(gòu)件的安全壽命，并制訂若能得出裂紋擴(kuò)展速率，可計(jì)算構(gòu)件的安全壽命，并制訂出合理的裂紋檢測(cè)周期；出合理的裂紋檢測(cè)周期；確立材料強(qiáng)韌化的設(shè)計(jì)思想，即高強(qiáng)度高韌性；確立材料強(qiáng)韌化的設(shè)計(jì)思想，即高強(qiáng)度高韌性；設(shè)計(jì)時(shí)選擇設(shè)計(jì)時(shí)選擇KC高的材料，或通過工藝處理提高其高的材料，或通過工藝處理提高其KC 。工程應(yīng)用工程應(yīng)用2022-4-1643(6) 裂紋尖端的裂紋尖端的塑性區(qū)塑性區(qū)及小范圍屈服的及小范圍屈服的修正修正 當(dāng)當(dāng) r0(越靠近裂紋尖端越靠近裂紋尖端)，；而實(shí)際上，；而實(shí)際上， 是不可能的

32、，為什么？是不可能的，為什么？ 金屬材料都有一定的塑性，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到金屬材料都有一定的塑性，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到s 時(shí)，材料因屈時(shí)，材料因屈服而塑性變形。發(fā)生塑性變形的區(qū)域即塑性區(qū)。裂紋尖端的服而塑性變形。發(fā)生塑性變形的區(qū)域即塑性區(qū)。裂紋尖端的高應(yīng)力是塑性區(qū)產(chǎn)生和擴(kuò)大的真正原因。高應(yīng)力是塑性區(qū)產(chǎn)生和擴(kuò)大的真正原因。rk2 1二向應(yīng)力場方程中有二向應(yīng)力場方程中有 ， 張開型裂紋端部的塑性區(qū)大小表達(dá)式張開型裂紋端部的塑性區(qū)大小表達(dá)式)( 2sin32cos)21 (22 )( )2sin32(cos2 22222122221平面應(yīng)變平面應(yīng)力SSpkkprr(2-11)2022-4-1644 裂紋尖端塑性區(qū)的大

33、小和形狀裂紋尖端塑性區(qū)的大小和形狀 )21 (21 21220 ,20 ,spspkkrr= 0，即在，即在x軸上時(shí)，有軸上時(shí)，有 金屬材料在平面應(yīng)變狀態(tài)金屬材料在平面應(yīng)變狀態(tài)下的塑性區(qū)在下的塑性區(qū)在 x 軸上的寬度軸上的寬度比在平面應(yīng)力下時(shí)小很多。比在平面應(yīng)力下時(shí)小很多。2022-4-1645 實(shí)際上，構(gòu)件從表面實(shí)際上，構(gòu)件從表面到中心的約束不一樣，即到中心的約束不一樣，即使內(nèi)部呈平面應(yīng)變狀態(tài)，使內(nèi)部呈平面應(yīng)變狀態(tài)，其表面也總是處于平面應(yīng)其表面也總是處于平面應(yīng)力狀態(tài)。力狀態(tài)。如如穿透厚板的裂紋，穿透厚板的裂紋， 內(nèi)內(nèi)-平面應(yīng)變狀態(tài)，裂平面應(yīng)變狀態(tài)，裂尖塑性區(qū)比較??；尖塑性區(qū)比較??； 表表-平

34、面應(yīng)力狀態(tài)，裂平面應(yīng)力狀態(tài)，裂尖塑性區(qū)比較大。尖塑性區(qū)比較大。 rpa非常小，用線彈性斷裂判據(jù)，塑性區(qū)為非常小，用線彈性斷裂判據(jù)，塑性區(qū)為小范圍屈服時(shí)，對(duì)其修正后仍可用線彈性斷裂判據(jù)。小范圍屈服時(shí)，對(duì)其修正后仍可用線彈性斷裂判據(jù)。2022-4-1646 對(duì)厚板穿透裂紋尖塑性區(qū)的修正對(duì)厚板穿透裂紋尖塑性區(qū)的修正 裂紋尖端塑性變形相當(dāng)于裂紋長度增長，其等裂紋尖端塑性變形相當(dāng)于裂紋長度增長，其等效裂紋長度為效裂紋長度為ae= a +a， 即即ae= a + rp，0。 )21(21 21222sesekkaaaa平面平面應(yīng)力應(yīng)力平面平面應(yīng)變應(yīng)變eakY12022-4-16472. 彈塑性斷裂力學(xué)2.

35、 彈塑性斷裂力學(xué)簡介彈塑性斷裂力學(xué)簡介a. 裂紋張開位移理論裂紋張開位移理論(COD理論理論) 裂紋體受力后裂紋尖端裂紋體受力后裂紋尖端附近存在高應(yīng)力附近存在高應(yīng)力(s)的塑性的塑性區(qū)使裂紋面分離，裂紋尖有區(qū)使裂紋面分離，裂紋尖有張開的位移張開的位移，當(dāng)張開位移，當(dāng)張開位移達(dá)到材料的臨界達(dá)到材料的臨界c值時(shí)值時(shí), 裂紋裂紋就失穩(wěn)擴(kuò)展發(fā)生斷裂，其判就失穩(wěn)擴(kuò)展發(fā)生斷裂，其判據(jù)為：據(jù)為：)( 2secln8 15)-(2 較小時(shí)的近似值SSSEaEa c(c 可按可按GB 2358測(cè)出測(cè)出 )2022-4-1648(1) 與與K的關(guān)系：的關(guān)系：S2EK 線彈性斷裂理論與裂紋張開位移理論的關(guān)系線彈性斷

36、裂理論與裂紋張開位移理論的關(guān)系(2) C與與KC的關(guān)系：的關(guān)系：)( 1)( 222平面應(yīng)變狀態(tài)平面應(yīng)力狀態(tài)SCSCEKEK2022-4-1649b. J積分理論積分理論 從能量守恒分析裂紋尖端二向應(yīng)力應(yīng)變行為，裂紋擴(kuò)展從能量守恒分析裂紋尖端二向應(yīng)力應(yīng)變行為，裂紋擴(kuò)展時(shí)外力所做的功時(shí)外力所做的功用于裂紋擴(kuò)展所需的能量，用于裂紋擴(kuò)展所需的能量，增加體系的增加體系的彈性能。能量用圍繞裂紋尖端的任意封閉回路彈性能。能量用圍繞裂紋尖端的任意封閉回路的線積分求的線積分求得。得。 ),(dsxuTdyyxwJT-積分路線外邊界上的張力積分路線外邊界上的張力u-邊界上的位移邊界上的位移裂紋體的裂紋體的總應(yīng)變

37、能總應(yīng)變能張力張力 T 產(chǎn)產(chǎn)生的位能生的位能失效判據(jù)：失效判據(jù)： J JcJ積分理論的應(yīng)用積分理論的應(yīng)用: 不及不及COD廣泛廣泛2022-4-16502.3環(huán)境作用機(jī)理環(huán)境作用機(jī)理一一 化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)2.3 環(huán)環(huán) 境境 作作 用用 機(jī)機(jī) 理理一、化學(xué)反應(yīng)一、化學(xué)反應(yīng) 金屬構(gòu)件與環(huán)境的作用主要是腐蝕，即金屬構(gòu)件與環(huán)境的作用主要是腐蝕，即化學(xué)反應(yīng)和電化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)和電化學(xué)反應(yīng) 。1. 氧化原理與規(guī)律氧化原理與規(guī)律a氧化條件氧化條件氧分壓：即金屬氧化物的分解壓氧分壓：即金屬氧化物的分解壓PMO 。 PMO越小，金屬越穩(wěn)定。越小，金屬越穩(wěn)定。MOO212 MOOM2PP，2022-4-1651b

38、氧化膜的保護(hù)性氧化膜的保護(hù)性 氧化膜應(yīng)致密和完整：氧化膜應(yīng)致密和完整： r VMO VMO 1 ( 必要條件必要條件) ；r 并非越高越好并非越高越好( 如如W ), 一般一般r 1.32.0較好。較好。氧化物氧化物-金屬體積比金屬體積比r3.18V1.95Ti1.16Ce1.79Mn2.33Ta1.21Cd1.40Pb1.99Cr3.40W1.59Ag1.60Pd2.27Si2.35Sb0.45K1.52Ni1.28Al2.613.400.570.571.991.771.681.59NbNaCoCuMoLiFeBe非非保護(hù)性氧化膜保護(hù)性氧化膜保護(hù)性氧化膜保護(hù)性氧化膜2022-4-1652 氧

39、化物穩(wěn)定、難熔、不揮發(fā)氧化物穩(wěn)定、難熔、不揮發(fā), 不易與介質(zhì)作不易與介質(zhì)作用而被破壞；用而被破壞； 氧化膜與基體結(jié)合良好，有相近的熱膨脹氧化膜與基體結(jié)合良好，有相近的熱膨脹系數(shù)，不會(huì)自行或受外界作用而剝離脫落；系數(shù)，不會(huì)自行或受外界作用而剝離脫落； 氧化膜有足夠的強(qiáng)度和塑性以承受一定的氧化膜有足夠的強(qiáng)度和塑性以承受一定的應(yīng)力、應(yīng)變。應(yīng)力、應(yīng)變。2022-4-1653c氧化膜的生長規(guī)律氧化膜的生長規(guī)律y = Kt + C y - 膜厚膜厚, t - 氧化時(shí)間氧化時(shí)間 如如 K、Na、Ca、Ba、Mg、W、Mo、V、Ta、Nb等，等，氧化氧化膜對(duì)基體金屬膜對(duì)基體金屬無保護(hù)無保護(hù)作用作用。 直線規(guī)律

40、直線規(guī)律2022-4-1654 拋物線規(guī)律拋物線規(guī)律CtCKyKyOCD222 如如 Fe、Co、Cu、Ni、Mn、Zn、Ti等，氧化膜對(duì)等，氧化膜對(duì)基體金屬有基體金屬有一定保護(hù)性一定保護(hù)性。2022-4-1655 以上三種規(guī)律在氧化膜不破裂時(shí)是最常見的，以上三種規(guī)律在氧化膜不破裂時(shí)是最常見的，此外還有其它規(guī)律。此外還有其它規(guī)律。Fe在溫度不高空氣中的氧化曲線在溫度不高空氣中的氧化曲線 對(duì)對(duì) 數(shù)數(shù) 規(guī)規(guī) 律律 如如Cr和和Zn在在25225, Ni在在650 以下，以下，F(xiàn)e在在375以下以下,膜生長服從對(duì)膜生長服從對(duì)數(shù)規(guī)律數(shù)規(guī)律, 氧化膜氧化膜有保護(hù)性有保護(hù)性。y = ln( Kt ) +

41、C2022-4-1656膜層破裂的影響膜層破裂的影響溫度的影響溫度的影響影響金屬的氧化速度；影響金屬的氧化速度；影響氧化反應(yīng)規(guī)律。影響氧化反應(yīng)規(guī)律。2022-4-16572. 鋼鐵的高溫氧化腐蝕鋼鐵的高溫氧化腐蝕室溫干燥空氣中：室溫干燥空氣中：氧化速度較慢；氧化速度較慢；200300：表面出現(xiàn)可見的氧化膜；表面出現(xiàn)可見的氧化膜； 570：生成生成Fe3O4和和Fe2O3，膜保護(hù)性較好；，膜保護(hù)性較好；570：生成生成FeO、Fe3O4和和Fe2O3，F(xiàn)eO疏松，保護(hù)性差。疏松，保護(hù)性差。圖圖2-38 鐵在空氣中加熱時(shí)表面氧化膜組成示意圖鐵在空氣中加熱時(shí)表面氧化膜組成示意圖2022-4-1658

42、 氣體組成對(duì)鋼鐵的高溫腐蝕有強(qiáng)烈的影響，氣體組成對(duì)鋼鐵的高溫腐蝕有強(qiáng)烈的影響，特別是水蒸氣和硫化物的影響最大。特別是水蒸氣和硫化物的影響最大。276空氣空氣5%H2O2%SO2118空氣空氣2%SO2135空氣空氣5%H2O100單純空氣單純空氣相對(duì)腐蝕量相對(duì)腐蝕量/%氣體組成氣體組成相對(duì)腐蝕量相對(duì)腐蝕量/%氣體組成氣體組成工業(yè)氣體成分對(duì)碳鋼氣體腐蝕的影響工業(yè)氣體成分對(duì)碳鋼氣體腐蝕的影響 2022-4-1659二、電化學(xué)反應(yīng)二、電化學(xué)反應(yīng)二、電化學(xué)反應(yīng)二、電化學(xué)反應(yīng)1. 電化學(xué)腐蝕的原因和發(fā)生條件電化學(xué)腐蝕的原因和發(fā)生條件(1)電化學(xué)腐蝕模型電化學(xué)腐蝕模型a. 腐蝕原電池模型腐蝕原電池模型20

43、22-4-1660 電化學(xué)腐蝕歷程電化學(xué)腐蝕歷程 金屬腐蝕過程：金屬腐蝕過程： 如鋅在含氧的中性水溶液中的腐蝕如鋅在含氧的中性水溶液中的腐蝕: : 氧化還原反應(yīng)氧化還原反應(yīng)(氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)/還原反應(yīng)還原反應(yīng))2022-4-1661)氧化還原反應(yīng)( 222Zn(OH) OH O21 Zn ) )( ( 2 2e eZ Zn n Z Zn n 2 2金屬原子被氧化氧化反應(yīng) :):( 氧化劑被還原還原反應(yīng)- - 2 22 22 2O OH H2 2O OH HO O2 21 1e）（合成反應(yīng)氧化還原反應(yīng):22 2Zn(OH) - OHZn 過過 程程2022-4-1662 金屬腐蝕的實(shí)質(zhì)金屬腐蝕的

44、實(shí)質(zhì)電化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕 陽極反應(yīng)陽極反應(yīng)：M Mn+ne 也即氧化反應(yīng)也即氧化反應(yīng) 陰極反應(yīng)陰極反應(yīng)： D ne Dne 也即還原反應(yīng)也即還原反應(yīng)發(fā)生地：陽極區(qū)發(fā)生地：陽極區(qū)如：如：Zn Zn2+ 2e 發(fā)生地：陰極區(qū)發(fā)生地：陰極區(qū) 如：如：O2+H2O+2e2OH2022-4-1663b. 腐蝕原電池的類型腐蝕原電池的類型腐蝕原電池成因：腐蝕原電池成因：是因電極是因電極(陽極和陰極陽極和陰極)表面的表面的電化學(xué)不均勻性造成的。電化學(xué)不均勻性造成的。電化學(xué)不均勻性有：電化學(xué)不均勻性有： 金屬材料的不均勻性：化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、表面膜金屬材料的不均勻性：化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、表面膜完整性、受力情

45、況等差異；完整性、受力情況等差異； 環(huán)境的差異：成分、濃度、溫度、充氣等不同環(huán)境的差異：成分、濃度、溫度、充氣等不同 。 2022-4-1664b. 腐蝕原電池的類型腐蝕原電池的類型 依據(jù)陽極區(qū)和陰極區(qū)的大小，腐蝕原電池分為依據(jù)陽極區(qū)和陰極區(qū)的大小，腐蝕原電池分為宏觀腐蝕原電池宏觀腐蝕原電池和和微觀腐蝕原電池微觀腐蝕原電池兩大類。兩大類。宏觀腐蝕原電池：宏觀腐蝕原電池：宏觀腐蝕電池的陰、陽極可用內(nèi)宏觀腐蝕電池的陰、陽極可用內(nèi)眼或不大于眼或不大于1010倍的放大鏡分辨出。倍的放大鏡分辨出。微觀腐蝕原電池：微觀腐蝕原電池：微觀腐蝕電池電極不僅很小微觀腐蝕電池電極不僅很小, ,并且并且它們的分布以及陰極、陽極面積比都無一定規(guī)律。它們的分布以及陰極、陽極面積比都無一定規(guī)律。2022-4-