蠕变、应力腐蚀、氢脆

海川流浪人应力腐蚀断裂和氢脆金属材料的两种经常有关而又有别的被破坏（或断裂）的现象。

应力腐蚀断裂(SCC) 是应力与腐蚀介质协同作用下引起的金属断裂现象（见金属腐蚀）。

它有三个主要特征:①应力腐蚀断裂是时间的函数。

拉伸应力越大,则断裂所需时间越短；断裂所需应力一般都低于材料的屈服强度。

这种应力包括外加载荷产生的应力、残余应力、腐蚀产物的楔形应力等。

②腐蚀介质是特定的，只有某些金属-介质的组合（见表发生应力腐蚀断裂的典型体系──金属与腐蚀介质的组合）情况下，才会发生应力腐蚀断裂。

若无应力，金属在其特定腐蚀介质中的腐蚀速度是微小的。

③断裂速度在纯腐蚀及纯力学破坏之间，断口一般为脆断型。

氢脆(HE) 又称氢致开裂或氢损伤，是一种由于金属材料中氢引起的材料塑性下降、开裂或损伤的现象。

所谓“损伤”，是指材料的力学性能下降。

在氢脆情况下会发生“滞后破坏”，因为这种破坏需要经历一定时间才发生。

氢的来源有“内含”的及“外来”的两种：前者指材料在冶炼及随后的机械制造（如焊接、酸洗、电镀等）过程中所吸收的氢；而后者是指材料在致氢环境的使用过程中所吸收的氢（见金属中氢）。

致氢环境既包括含有氢的气体,如H□、H□S；也包括金属在水溶液中腐蚀时阴极过程所放出的氢。

金属的应力腐蚀断裂和氢脆是两种既经常相关而又不同的现象。

在高温高压氢气中结构件的开裂，既是HE，又是SCC；水溶液中应力腐蚀时,若阴极过程析出的氢对断裂起了决定性作用，则这种破坏既是SCC，也是HE;这两个实例便位于图1应力腐蚀断裂(SCC)和氢脆(HE)关系的示意所示的重叠区内。

试验方法和工程参量应力腐蚀试验一般采用光滑或缺口试样，固定环境条件（即腐蚀介质和温度），采用断裂为临界点、测定固定应力下的断裂时间（□□）或固定□□下的断裂应力(□□),用□□的长短或□□的高低,来衡量材料抗应力腐蚀断裂能力的大小。

70年代以来，人们广泛地运用了断裂力学研究应力腐蚀断裂；用预制裂纹的试样进行应力腐蚀试验,如图2断裂时间□□与应力场强度因子(□□)之间的关系所示。

名词解释第一章:1弹性比功：金属材料吸收弹性变形功的能力，一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。

2．滞弹性：金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后,随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性,也就是应变落后于应力的现象.3．循环韧性：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。

4．包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象.5．解理刻面：这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。

6．塑性：金属材料断裂前发生不可逆永久（塑性）变形的能力.韧性：指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。

7。

解理台阶：当解理裂纹与螺型位错相遇时,便形成一个高度为b的台阶.8.河流花样：解理台阶沿裂纹前端滑动而相互汇合，同号台阶相互汇合长大,当汇合台阶高度足够大时，便成为河流花样。

是解理台阶的一种标志。

9。

解理面:是金属材料在一定条件下，当外加正应力达到一定数值后,以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂，因与大理石断裂类似,故称此种晶体学平面为解理面.10.穿晶断裂：穿晶断裂的裂纹穿过晶内，可以是韧性断裂,也可以是脆性断裂。

沿晶断裂：裂纹沿晶界扩展，多数是脆性断裂。

11.韧脆转变：具有一定韧性的金属材料当低于某一温度点时，冲击吸收功明显下降，断裂方式由原来的韧性断裂变为脆性断裂，这种现象称为韧脆转变12.弹性不完整性：理想的弹性体是不存在的,多数工程材料弹性变形时，可能出现加载线与卸载线不重合、应变滞后于应力变化等现象,称之为弹性不完整性。

弹性不完整性现象包括包申格效应、弹性后效、弹性滞后和循环韧性等13。

弹性极限：式样加载后再卸载，以不出现残留的永久变形为标准，材料能够完全弹性恢复的最高应力。

14.静力韧度:金属材料在静拉伸时单位体积材料断裂前所吸收的功。

15.正断型断裂：断裂面取向垂直于最大正应力的断裂.16.切断型断裂：断裂面取向与最大切应力方向一致而与最大正应力方向约成45度的断裂17.解理断裂：沿解理面断裂的断裂方式.第二章：1。

工程材料力学性能各个章节主要复习知识点第一章弹性比功：又称弹性比能，应变比能，表示金属材料吸收弹性变形功的能力。

滞弹性：对材料在弹性范围内快速加载或卸载后随时间延长附加弹性应变的现象。

包申格效应：金属材料经预先加载产生少量塑性变形（残余应变为1%~4%），卸载后再同向加载，规定残余伸长应力（弹性极限或屈服极限）增加，反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。

塑性：指金属材料断裂前发生塑性变形的能力。

脆性：材料在外力作用下（如拉伸，冲击等）仅产生很小的变形及断裂破坏的性质。

韧性：是金属材料断裂前洗手塑性变形功和断裂功的能力，也指材料抵抗裂纹扩展的能力。

应力、应变；真应力，真应变概念。

穿晶断裂和沿晶断裂：多晶体材料断裂时，裂纹扩展的路径可能不同，穿晶断裂穿过晶内；沿晶断裂沿晶界扩展。

拉伸断口形貌特征？①韧性断裂：断裂面一般平行于最大切应力并与主应力成45度角。

用肉眼或放大镜观察时，断口呈纤维状，灰暗色。

纤维状是塑性变形过程中微裂纹不断扩展和相互连接造成的，而灰暗色则是纤维断口便面对光反射能力很弱所致。

其断口宏观呈杯锥形，由纤维区、放射区、和剪切唇区三个区域组成。

②脆性断裂：断裂面一般与正应力垂直，断口平齐而光亮，常呈放射状或结晶状。

板状矩形拉伸试样断口呈人字形花样。

人字形花样的放射方向也与裂纹扩展方向平行，但其尖端指向裂纹源。

韧、脆性断裂区别？韧性断裂产生前会有明显的塑性变形，过程比较缓慢；脆性断裂则不会有明显的塑性变形产生，突然发生，难以发现征兆拉伸断口三要素？纤维区，放射区和剪切唇。

缺口试样静拉伸试验种类？轴向拉伸、偏斜拉伸材料失效有哪几种形式？磨损、腐蚀和断裂是材料的三种主要失效方式。

材料的形变强化规律是什么？层错能越低，n越大，形变强化增强效果越大退火态金属增强效果比冷加工态是好，且随金属强度等级降低而增加。

在某些合金中，增强效果随合金元素含量的增加而下降。

材料的晶粒变粗，增强效果提高。

第二章应力状态软性系数：材料某一应力状态，τmax和σmax的比值表示他们的相对大小，成为应力状态软性系数，比为α，α=τmaxσmax缺口敏感度：缺口试样的抗拉强度σbn 与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度σb的比值表示缺口敏感度，即为NSR=σbnσb第三章低温脆性：在实验温度低于某一温度t2时，会由韧性状态变为脆性状态，冲击吸收功明显降低，断裂机理由微孔聚集性变为穿晶解理型，断口特征由纤维状变为结晶状，这就是低温脆性。

一、名词解释1.失效：金属装备及其构件在使用过程中，由于应力、时间、温度、环境介质和操作失误等因素的作用，失去其原有功能的现象时有发生，这种丧失其规定功能的现象称为失效。

2.失效分析：对装备及其构件在使用过程中发生各种形式失效现象的特征及规律进行分析研究，从中找出产生失效的主要原因及防止失效的措施，称为失效分析。

3.疲劳断裂：金属材料在受到交变应力或重复循环应力时，往往在工作应力小于屈服强度的情况下突然断裂，这种现象称为疲劳断裂，是金属零件或构件在交变应力或重复循环应力长期作用下，由于累积损伤而引起的断裂现象。

4.腐蚀疲劳：是材料在循环应力和腐蚀介质的共同作用下产生的一种失效形式。

5.弯曲疲劳：金属零件在交变的弯曲应力作用下发生的疲劳称为弯曲疲劳。

6.疲劳：材料、零件和构件在循环加载下，在某点或某些点产生局部的永久性损伤，并在一定循环次数后形成裂纹，或使裂纹进一步扩展直到完全断裂的现象。

7.冲蚀磨损：是指材料受到小而松散的流动粒子冲击时，表面出现破坏的一类磨损现象。

其定义可以描述为固体表面同含有固体粒子的流体接触做相对运动，其表面材料所发生的损耗。

8.粘着磨损相对运动物体的真实接触面积上发生固相粘着，使材料从一个表面转移到另一表面的现象，称为粘着磨损。

9.磨损：当相互接触的零件表面有相对运动时，表面材料的粒子由于机械的、物理的和化学的作用而脱离母体，使零件的形状、尺寸或者重量发生变化的过程称为磨损。

10.磨损失效：机械零件因磨损导致尺寸减小和表面状态改变并最终丧失其功能的现象称为磨损失效。

11.蠕变：蠕变是金属零件在应力和高温的长期作用下，产生永久变形的失效现象。

12.屈服失效：由过量塑性变形引起的失效称为屈服失效。

13.塑性变形失效：金属构件产生的塑性变形量超过允许的数值称为塑性变形失效。

14.断裂：零件在外力作用下发生开裂或折断称为断裂。

15.解理断裂：金属材料在一定条件下，当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶面产生的穿晶断裂，因与大理石断裂类似，故称这种断裂为解理断裂。

氢脆失效危害巨大，它是如何发生的，生产过程中如何预防？一、氢脆的概念及机理氢脆是工程失效分析中经常提到的一个术语。

顾名思义，它是由氢引起的金属材料的脆化。

其机理是氢原子沿晶界进驻晶界并向内扩散并聚集，并在应力作用下最终导致沿晶界开裂，从而导致金属材料最终产生脆性断裂。

与氢脆相关联的另一种失效模式是应力腐蚀。

氢脆机理非常复杂，氢脆断裂现象多种多样。

国内外氢脆理论有很多种，如位错钉扎理论、晶界聚集理论、氢气泡理论、脆性相理论等。

迄今为止，还没有统一的理论能够解释所有的氢脆现象。

但从理论上讲，氢不仅能使金属材料变脆，也能使金属材料变韧，即氢能致软化也能硬化。

在失效分析中，特别是在断裂分析中，裂纹并不总是以脆性的形式出现，而是也会以韧窝断裂的形式出现。

二、氢的来源及其在金属中的存在形态金属材料中氢的来源一般有两种。

一种是内氢，也就是材料内部含有的氢，其来源有：1.金属材料在冶炼、焊接或熔铸的时候导致内部残留的氢；2.金属材料在化学及电化学处理过程中，如电镀、酸洗时，进入金属内部的氢。

另一种是环境氢，即外来的氢。

零件或构件处于含氢的环境中工作，简称“临氢”。

金属材料在含氢的高温气氛中加热时，进入金属内部的氢。

氢在金属中的存在形态有如下几种：溶解氢：以间隙原子状态固溶于金属中的氢[H]；化合氢：形成各种氢化物；TiH、NiH、VH、ZrH、NbH等分子氢：气态H2存在于金属内部的气孔、裂缝中；氢还可以与各种合金元素溶质原子、晶体缺陷、各种化合物相发生程度不同的结合。

如与位错结合成为Cottrell气团。

三、氢脆的种类及其特征1. 氢蚀（氢+第二相→高压气体）发生氢鼓泡的温度较高，在205－595℃。

例如碳钢在300－500℃的高压氢气氛中工作，氢与钢中的碳结合生成CH4而断裂。

反应公式：H+C=H4C。

宏观断口形貌呈氧化色，颗粒状；微观断口晶界明显加宽，呈沿晶断裂。

2. 白点（发裂）通常发生于大型钢锻件中。

断裂类型根据断裂的分类方法不同而有很多种，它们是依据一些各不相同的特征来分类的。

根据金属材料断裂前所产生的宏观塑性变形的大小可将断裂分为韧性断裂与脆性断裂。

韧性断裂的特征是断裂前发生明显的宏观塑性变形，脆性断裂在断裂前基本上不发生塑性变形，是一种突然发生的断裂，没有明显征兆，因而危害性很大。

通常，脆断前也产生微量塑性变形，一般规定光滑拉伸试样的断面收缩率小于5％为脆性断裂；大于5％为韧性断裂。

可见，金属材料的韧性与脆性是依据一定条件下的塑性变形量来规定的，随着条件的改变，材料的韧性与脆性行为也将随之变化。

多晶体金属断裂时，裂纹扩展的路径可能是不同的。

沿晶断裂一般为脆性断裂，而穿晶断裂既可为脆性断裂（低温下的穿晶断裂），也可以是韧性断裂（如室温下的穿晶断裂）。

沿晶断裂是晶界上的一薄层连续或不连续脆性第二相、夹杂物，破坏了晶界的连续性所造成的，也可能是杂质元素向晶界偏聚引起的。

应力腐蚀、氢脆、回火脆性、淬火裂纹、磨削裂纹都是沿晶断裂。

有时沿晶断裂和穿晶断裂可以混合发生。

按断裂机制又可分为解理断裂与剪切断裂两类。

解理断裂是金属材料在一定条件下（如体心立方金属、密排六方金属与合金处于低温、冲击载荷作用），当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面的穿晶断裂。

解理面一般是低指数或表面能最低的晶面。

对于面心立方金属来说，在一般情况下不发生解理断裂，但面心立方金属在非常苛刻的环境条件下也可能产生解理破坏。

通常，解理断裂总是脆性断裂，但脆性断裂不一定是解理断裂，两者不是同义词，它们不是一回事。

剪切断裂是金属材料在切应力作用下，沿滑移面分离而造成的滑移面分离断裂，它又分为滑断（又称切离或纯剪切断裂）和微孔聚集型断裂。

纯金属尤其是单晶体金属常发生滑断断裂；钢铁等工程材料多发生微孔聚集型断裂，如低碳钢拉伸所致的断裂即为这种断裂，是一种典型的韧性断裂。

根据断裂面取向又可将断裂分为正断型或切断型两类。

若断裂面取向垂直于最大正应力，即为正断型断裂；断裂面取向与最大切应力方向相一致而与最大正应力方向约成45°角，为切断型断裂。

材料力学名词解释（2）材料力学名词解释低周疲劳:金属在循环载荷作用下，疲劳寿命为102~105次的疲劳断裂循环硬化和循环软化？答：金属材料在恒定应变范围循环作用下，随循环周次增加，其应力形变，抗力不断增加，即为循环硬化。

若在循环过程中，应力逐渐减小，则为循环软化。

热疲劳：机件再有温度循环变化时产生的循环热应力作用下发生的疲劳冲击疲劳：机件在重复冲击载荷作用下的疲劳断裂应力腐蚀：金属在拉应力和特定而化学介质共同作用下，经过一段时间后所产生的低应力脆断现象，称为应力腐蚀断裂。

氢脆：尤于氢和应力的共同作用而导致金属材料产生脆性断裂的现象称为氢脆断裂，简称氢脆磨损：机件表面相接触并作相对运动时，表面逐渐有微小颗粒分离出来形成磨屑，使表面材料逐渐流失、造成表面损伤的现象即为磨损磨粒磨损：是当摩擦副一方表面存在坚硬的细微突起，或者在接触面之间存在着硬质粒子时所产生的一种磨损。

微动磨损：接触表面之间因存在小振幅相对振动或往复运动而产生的磨损称为微动磨损。

1.腐蚀磨损。

氧化磨损？答：在摩擦过程中，摩擦副之间或摩擦副表面与环境介质发生化学或电化学反应形成腐蚀产物，腐蚀产物的形成和脱落引起腐蚀磨损。

氧化磨损：存在与大气中的机件表面总有一层氧的吸附层。

当摩擦副作相对运动时，由于表面凹凸不平，在凸起部位单位压力很大，导致产生塑性变形。

塑性变形加速了氧向金属内部扩散，从而形成氧化膜。

由于形成的氧化膜强度低，在摩擦副继续作相对运动时，氧化膜被摩擦副一方的凸起所剥落，裸露出新表面，从而又发生氧化，然后又再被磨去。

如此，氧化膜形成又除去，机件表面逐渐被磨损，这就是氧化磨损过程。

接触疲劳：是机件两接触面作滚动或滚动加滑动摩擦时，在交变接触应力长期作用下，材料表面因疲劳损伤，导致局部区域产生小片或小块金属剥落而使材料流失的现象。

接触应力：两物体相互接触时，在表面产生局部压入应力称为接触应力。

蠕变：金属长时间在恒温，恒载荷作用下缓慢地产生塑性变形的现象。