第6章 材料在环境介质作用
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材料失效分析(第六章-腐蚀环境)
39
微观形貌：
冰糖状，晶界局部熔化出现孔洞，晶界面变宽，内 有氧化物，晶粒失去棱边变成表面圆滑的颗粒
2214铝合金的过烧断口
40
3、过烧断裂机理
在高温加热过程中，合金元素或夹杂物（P、S、Si、 Mn等）向晶界偏聚改变了晶界成分，使其熔点降低
温度继续升高，首先在三叉晶界处熔化，然后沿晶
界扩展，晶界的熔化孔洞相连形成熔化块，受外力 作用时沿晶界断开。
2
§1、应力腐蚀断裂
一、引言 1、定义 由拉应力和腐蚀介质联合作用而引起的低应力脆断。 2、共同特征 ◆只有在拉应力作用下才能引起SCC。这种拉应力可能是残
余拉应力或工作应力。一般情况下，产生SCC时拉应力都
很低，若没有腐蚀介质的联合作用是不会产生断裂的。 ◆要有一定的腐蚀介质。其腐蚀介质的浓度都很低，并且腐 蚀介质一般都是特定的（选择性）。 ◆一般只有合金才产生SCC，纯金属不会产生SCC。
25
§3
一、引言 1、定义
蠕变断裂
蠕变：金属材料在长时间的恒温、恒应力作用下，即使 σ＜σ0.2 ，也会缓慢地产生塑性变形的现象
蠕变断裂：由于蠕变变形而最后导致材料的低应力脆断
2、发生条件 0K—Tm范围内都会产生蠕变，但只有高于0.3Tm时才较 显著
26
3、蠕变曲线
典型的蠕变曲线
27
二、断裂过程
石状颗粒愈多、愈大，过热愈严重
微观形貌：典型的延性沿晶断口
38
过烧断口
1、过烧：材料在超过过热温度下加热产生的缺陷。 过烧钢的显微组织特点： 晶界上出现氧化物、裂纹或局部熔化，晶粒粗大及 魏氏组织
2、断口形貌
宏观形貌：全部为石状，颗粒粗大，颜色灰暗 严重过烧出现豆腐渣状断口 铝合金过烧后，表面出现许多气泡，晶界 熔化成网络状熔化节
微观形貌：
冰糖状，晶界局部熔化出现孔洞，晶界面变宽，内 有氧化物，晶粒失去棱边变成表面圆滑的颗粒
2214铝合金的过烧断口
40
3、过烧断裂机理
在高温加热过程中，合金元素或夹杂物（P、S、Si、 Mn等）向晶界偏聚改变了晶界成分，使其熔点降低
温度继续升高，首先在三叉晶界处熔化，然后沿晶
界扩展，晶界的熔化孔洞相连形成熔化块，受外力 作用时沿晶界断开。
2
§1、应力腐蚀断裂
一、引言 1、定义 由拉应力和腐蚀介质联合作用而引起的低应力脆断。 2、共同特征 ◆只有在拉应力作用下才能引起SCC。这种拉应力可能是残
余拉应力或工作应力。一般情况下，产生SCC时拉应力都
很低，若没有腐蚀介质的联合作用是不会产生断裂的。 ◆要有一定的腐蚀介质。其腐蚀介质的浓度都很低，并且腐 蚀介质一般都是特定的（选择性）。 ◆一般只有合金才产生SCC，纯金属不会产生SCC。
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§3
一、引言 1、定义
蠕变断裂
蠕变：金属材料在长时间的恒温、恒应力作用下，即使 σ＜σ0.2 ，也会缓慢地产生塑性变形的现象
蠕变断裂：由于蠕变变形而最后导致材料的低应力脆断
2、发生条件 0K—Tm范围内都会产生蠕变，但只有高于0.3Tm时才较 显著
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3、蠕变曲线
典型的蠕变曲线
27
二、断裂过程
石状颗粒愈多、愈大，过热愈严重
微观形貌：典型的延性沿晶断口
38
过烧断口
1、过烧：材料在超过过热温度下加热产生的缺陷。 过烧钢的显微组织特点： 晶界上出现氧化物、裂纹或局部熔化，晶粒粗大及 魏氏组织
2、断口形貌
宏观形貌：全部为石状，颗粒粗大，颜色灰暗 严重过烧出现豆腐渣状断口 铝合金过烧后，表面出现许多气泡，晶界 熔化成网络状熔化节
飞机的一般防腐
一二章1.说明腐蚀的定义。
2. 说明金属腐蚀的定义。
3. 说明电化学腐蚀的定义。
4. 腐蚀的分类方法。
5.说明在制定飞机的具体检查和腐蚀防护的周期时应予考虑的总体环境因素。
6. 简述腐蚀防护的基本途径。
1.腐蚀的定义：腐蚀是材料受环境介质的化学、电化学和物理作用产生的损坏或变质现象。
2.金属腐蚀的定义：金属材料在周围环境介质的作用下发生化学或电化学作用而引起的破坏或变质。
3.金属和电解质接触时，由于腐蚀电池作用而引起的金属腐蚀现象称为电化学腐蚀。
4.第一，依据腐蚀环境分类：（1）干燥气体腐蚀；（2）潮湿环境腐蚀；（3）非电解液中的腐蚀等。
第二，依据腐蚀机理分类：（1）化学腐蚀；（2）电化学腐蚀。
第三，依据腐蚀形态分类：（1）全面腐蚀；（2）局部腐蚀；（3）应力作用下的腐蚀等。
第四，依据腐蚀材料的特性和种类分类：（1）金属材料的腐蚀；（2）无机非金属材料的腐蚀；（3）有机材料的腐蚀；（4）复合材料的腐蚀等。
第五，依据应用范围和工业部门分类，实际上是按环境分类：（1）自然环境腐蚀；（2）工业环境腐蚀。
5.1.飞机在高速飞行中遭到的恶劣气候条件。
2.盐雾(或盐水)。
3工业污染4.大气相对湿度4.大气相对湿度6. 飞行高度7.航程8跑道情况.9. 燃料、液压油、冷却剂、密封剂以及油类氧化产物和燃烧产物10.蓄电池液、材料经化学处理后没有及时清洗干净的残留酸或碱、厨房和厕所的泼溅物以及运载的液体溢出物、体汗、呼吸的排出物等11.非金属材料(含油漆)挥发出的气氛6.腐蚀防护的基本途径（1）提高材料本身的抗蚀性材料的热力学稳定性；控制腐蚀动力学。
（2）改变环境介质温度与流速，介质中O2 、SO2含量，改变溶液pH值，改变应力状态，加入缓蚀剂等。
（3）电化学保护阴极极化降低氧化反应速度；阳极钝化防腐。
（4）采用涂镀层和表面改性化学转化膜、金属涂镀层、非金属涂层、改变材料表面结构。
（5）将材料与腐蚀介质隔开采用衬里、防锈油、防锈纸等。
腐蚀问题
钢铁在含SO2的工业大气中腐蚀比在洁净的大气中腐蚀严重，解释其原因。 ①认为部分SO2在空气中能直接氧化成SO3，SO3溶于水后形成H2SO4。 ②认为有一部分SO2吸附在金属表面上，与Fe作用生成易溶的硫酸亚铁， FeSO4进一步氧化，并由于强烈的水解作用生成了H2SO4，H2SO4再与铁作用， 按这种循环方式加速腐蚀。
5. 简述提高合金抗氧化的可能途径
（1）减少基体氧化膜中晶格缺陷的浓度 （2）生成具有保护性的稳定新相（尖晶石型化合物：FeCr2O4、NiCr2O4） （3）通过选择性氧化生成优异的保护膜
第二章
宏观电池：肉眼可分辨出电极极性的电池为宏观电池
微观电池： 由于金属表面的微小区域存在电位差，肉眼难于辨出电极的极性 浓差电池：同一种金属浸入同一种电解质溶液中，当局部的浓度(或湿度)不同 时，构成腐蚀电池，通常称作浓差电池
第一章 高温氧化：在高温条件下，金属与环境介质中的气相或凝聚 相物质发生化学反应而遭受破坏的过程称高温氧化，亦称高 温腐蚀。 毕林—彼得沃尔斯原理或P-B比。 氧化时所生成的金属氧化膜的体积（ VMeO）2 与生成这些氧
化膜所消耗的金属的体积（ VMe）之比。
2.金属氧化膜具有保护作用的充分与必要条件是什么？ 1）p-b比大于1 2)膜要致密、连续、无孔洞，晶体缺陷少； 3)稳定性好，蒸气压低，熔点高； 4)膜与基体的附着力强，不易脱落； 5)生长内应力小； 6)与金属基体具有相近的热膨胀系数； 7)膜的白愈能力强。
活化极化：如果金属离子进入到溶液里的速度小于电子从阳极迁移到阴极的速度， 则阳极上就会有过多的带正电荷金属离子的积累，由此引起电极双电层上的负电 荷减少，于是阳极电位就向正方向移动，产生阳极极化。过电位用ηa表示。 浓差极化 如果进入到溶液中的金属离子向远离阳极表面的溶液扩散得缓慢时， 会使阳极附近的金属离子浓度增加，阻碍金属继续溶解，必然使阳极电位往正方向 移动，产生阳极极化。过电位用ηc表示。 电阻极化由于某种机制在金属表面上形成了钝化膜，阳极过程受到了阻碍，使得 金属的溶解速度显著降低，此时阳极电位剧烈地向正的方向移动，产生阳极极化， 过电位用ηr表示 钝性：金属(合金)钝化后所具有的耐蚀性称为钝性 2. 原电池与腐蚀原电池有何区别
5. 简述提高合金抗氧化的可能途径
（1）减少基体氧化膜中晶格缺陷的浓度 （2）生成具有保护性的稳定新相（尖晶石型化合物：FeCr2O4、NiCr2O4） （3）通过选择性氧化生成优异的保护膜
第二章
宏观电池：肉眼可分辨出电极极性的电池为宏观电池
微观电池： 由于金属表面的微小区域存在电位差，肉眼难于辨出电极的极性 浓差电池：同一种金属浸入同一种电解质溶液中，当局部的浓度(或湿度)不同 时，构成腐蚀电池，通常称作浓差电池
第一章 高温氧化：在高温条件下，金属与环境介质中的气相或凝聚 相物质发生化学反应而遭受破坏的过程称高温氧化，亦称高 温腐蚀。 毕林—彼得沃尔斯原理或P-B比。 氧化时所生成的金属氧化膜的体积（ VMeO）2 与生成这些氧
化膜所消耗的金属的体积（ VMe）之比。
2.金属氧化膜具有保护作用的充分与必要条件是什么？ 1）p-b比大于1 2)膜要致密、连续、无孔洞，晶体缺陷少； 3)稳定性好，蒸气压低，熔点高； 4)膜与基体的附着力强，不易脱落； 5)生长内应力小； 6)与金属基体具有相近的热膨胀系数； 7)膜的白愈能力强。
活化极化：如果金属离子进入到溶液里的速度小于电子从阳极迁移到阴极的速度， 则阳极上就会有过多的带正电荷金属离子的积累，由此引起电极双电层上的负电 荷减少，于是阳极电位就向正方向移动，产生阳极极化。过电位用ηa表示。 浓差极化 如果进入到溶液中的金属离子向远离阳极表面的溶液扩散得缓慢时， 会使阳极附近的金属离子浓度增加，阻碍金属继续溶解，必然使阳极电位往正方向 移动，产生阳极极化。过电位用ηc表示。 电阻极化由于某种机制在金属表面上形成了钝化膜，阳极过程受到了阻碍，使得 金属的溶解速度显著降低，此时阳极电位剧烈地向正的方向移动，产生阳极极化， 过电位用ηr表示 钝性：金属(合金)钝化后所具有的耐蚀性称为钝性 2. 原电池与腐蚀原电池有何区别
第六章机械可靠性设计原理
可靠性设计
即使是在零件强度大大高于其工作应力的情况下，则 零件在工作初期在正常的工作条件下，强度总是大于应 力，是不会发生故障的。但该零件在动载荷、腐蚀、磨 损、疲劳载荷的长期作用下，强度也将会逐渐衰减，从 而导致应力超过强度而产生不可靠问题。另外，即使在 安全系数大于1的情况下仍然会存在一定的不可靠度。所 以按传统的机械设计方法只进行安全系数的计算是不够 的，还需要进行可靠度的计算。而可靠性设计可以保证 零件可靠度的大小。
例如，滚动轴承工作时，滚子与滚道之间，齿轮 传动中轮齿与轮齿之间的压力都是接触载荷。 在接触载荷作用下，主应力与最大切应力之比是 不定。
• 设计与几何形状及尺寸 由于制造（加工、装配）误差是随机变量，所以零、构 件的尺寸是随机变量
零件失效的原因：
可靠性设计
设计方案的合理性和设计考虑因素不周到是零件失效的 重要原因之一。例如：
• 强度随时间推移而减小, 应力对时间而言是稳态的；
三、可靠性设计的过程
载荷统计和 概率分布
应力计算
应力统计和 概率分布
几何尺寸分 布和其他随 机因素
干涉模型
机械强度可 靠性设计
可靠性设计
材料机械性能统 计和概率分布
强度计算
强度统计和 概率分布
可靠性设计
第二节 已知应力与强度分布时可靠 度的计算
R
1
2
z2
S e 2 dz 1 (z)
2 S 2
1( S ) ( S ) ( )
2
2 S
2
2 S
z
S
2
2 S
可靠性设计
材料力学性能第六章-金属的应力腐蚀和氢脆
钢丝应力腐蚀与通常拉应力断裂比较
二、应力腐蚀产生的条件
• （1）只有在拉伸应力作用下才能引起应力腐蚀开裂(近年来，也发 现在不锈钢中可以有压应力引起)。 这种拉应力可以是外加载荷造成的应力，但主要是各种残余应 力，如焊接残余应力、热处理残余应力和装配应力等。 据统计，在应力腐蚀开裂事故中，由残余应力所引起的占 80%以上，而由工作应力引起的则不足20%。
• SCC在石油、化工、航空、原子能等行业中都受到广泛的重视，如发电厂 中的汽轮机叶片、钢结构桥梁、输气输油管道、飞机零部件等，均有发生 应力腐蚀的可能性。
• 1967年12月，美国西弗吉尼亚州和俄亥俄州之间的俄亥俄大桥突然倒塌， 死46人。事故调查的结果就是因为应力＋大气中微量H2S导致钢梁产生应力 腐蚀所致。
蚀坑。而疲劳断口的表面，如果是新鲜断口常常较光滑，有光泽。 • 应力腐蚀引起的断裂可以是穿晶断裂，也可以是沿晶断裂。如果是穿晶断裂，
其断口是解理或准解理的，其裂纹有似人字形或羽毛状的标记。
枝状
泥状花样
奥氏体不锈钢应力腐蚀断口
a) 解理断口
1Cr18Ni9Ti钢应力腐蚀的解理断口(SEM) b) 扇形状或羽毛状的痕迹
业性气氛
铝合金
氯化物溶液，海水及海洋性大 气，潮湿性工业气氛
奥氏体不锈钢
酸性和中性氯化物溶液，海水及 海洋大气，热NaCl、H2S水溶液， 铜合金 严重污染的工业大气等
氨蒸汽、含氨气氛，含氨离子 的水溶液、水蒸汽，湿H2S，氨 溶液
镍基合金
热浓NaOH溶液，HF溶液和蒸汽
钛合金
发烟硝酸，300℃以上的氯化物， 潮湿性空气及海水
结论：应力腐蚀只有金属在介质中略具钝化膜时 才能发生。
四、断口形貌
第6章 磨损与腐蚀失效分析汇总
金属表面 发生局部 塑性变形
磨粒嵌入金属 表面，切割金 属表面
表面被 划伤
特点 • 普遍存在于机件中； • 磨损速度较大，0.5～5 μm/h 防止措施 • 提高表面硬度（从选材方面）； • 减少磨粒数量（从工作状况方面）。
（3）疲劳磨损的特征及判断。 它会引起表面金属小片状脱落，在金属表 面形成一个个麻坑，麻坑的深度多在几微 米到几十微米之间。 特点 产生接触疲劳的零件表面上出现许多针状 或痘状的凹坑，称麻点，故得名麻点磨损， 亦称疲劳磨损。 接触疲劳是裂纹形成和扩展的过程。
• 在化工、石油化工、轻工、能源、交通等 行业中，约60％的失效与腐蚀有关。化工与 石油化工行业腐蚀失效所占比例更高一些。 如近年来(1995 ～ 2000年)国内先后四次对石 化企业的压力容器使用情况进行调查，其中 对失效原因调查统计认为，在使用中因腐蚀 产生严重缺陷及材质劣化，是近年来引起容 器报废的主要原因。
6.2 腐蚀失效分析
6.2.1 腐蚀及腐蚀失效 1. 腐蚀的概念
腐 蚀 介 质
耐 蚀 金 属
（1）腐蚀的定义。 • 金属与环境介质发生化学或电化学作用，导致金 属的损坏或变质。OR在一定环境中，金属表面或界 面上进行的化学或电化学多相反应，结果使金属转 入氧化或离子状态。 （2）腐蚀介质。 • 通常不把所有的介质都称为腐蚀介质。例如，空 气、淡水、油脂等虽然对金属材料均有一定的腐蚀 作用，但并不称为腐蚀介质。一般仅把腐蚀性较强 的酸、碱、盐的溶液称为腐蚀介质。
• 腐蚀不仅损耗了地球的资源，而且因腐蚀而造成 的生产停顿、产品质量下降，甚至人身事故等损 失，更是无法估量。分析、材料腐蚀及控制的研究 给予了前所未有的关注。 （2）腐蚀介质。 • 通常不把所有的介质都称为腐蚀介质。例如，空 气、淡水、油脂等虽然对金属材料均有一定的腐蚀 作用，但并不称为腐蚀介质。一般仅把腐蚀性较强 的酸、碱、盐的溶液称为腐蚀介质。
安全工程习题答案
③疲劳破裂：压力容器常在交变载荷下运行，经受长期作用后，容器的承压部件发生了破裂或泄漏。
④应力腐蚀破裂：就广义而言，材料与周围环境介质产生化学或电化学的作用，使材料厚度减薄或本身性能发生变化，从而最终导致容器破裂。
⑤蠕变破裂：在高温下工作的压力容器，当操作温度超过一定极限，材料在应力的作用下发生缓慢的塑性变形，这种变形经长期的累积后，最终会导致材料破裂。
储存的火灾危险性应根据储存物品的性质和储存物品中的可燃物数量等因素，分为甲、乙、丙、丁、戊类。
习题
1、试计算下列物质于常压下在空气中燃烧的最小氧浓度（MOC）：C3H6、CH4、CH3OH。
由附录查得，C3H6、CH4、CH3OH的 分别为：1.0%、5.0%、5.5%，三者的化学反应式分别为：
C3H6+4.5O2→3CO2+3H2O
17、安全泄压装置对压力容器安全运行起什么作用？安全阀和爆破片各有哪些优缺点？分别适合何种场合？
安全泄压装置作用：正常时不起作用，压力超过安全值时会自动开启，迅速泄出部分或全部介质，使压力不再升高，达到保护容器的目的。包括安全阀、爆破片等。
安全阀：
优点：自动开闭，可以调节、不致中断生产。
缺点：密封性较差，有微量泄漏，有滞后现象，不能适应要求快速泄压的场合。此外，对黏性或含固体颗粒的介质，可能造成堵塞。
界限范围：最高工作压力(Pw)≥0.1Mpa（不含液体静压力）；内直径（非圆形截面指断面最大尺寸）≥0.15m，且容积（V）≥0.025 m3。介质为气体、液化气体或最高工作温度高于或等于标准沸点的液体。
4、压力容器由哪些主要承压部件构成？圆筒形容器与球形容器相比各有哪些特点？
12、压力容器有哪些主要破坏形式？试举例说明。
7、预防事故的基本对策有哪些方面？安全技术措施主要有哪几类？
④应力腐蚀破裂：就广义而言，材料与周围环境介质产生化学或电化学的作用，使材料厚度减薄或本身性能发生变化，从而最终导致容器破裂。
⑤蠕变破裂：在高温下工作的压力容器，当操作温度超过一定极限，材料在应力的作用下发生缓慢的塑性变形，这种变形经长期的累积后，最终会导致材料破裂。
储存的火灾危险性应根据储存物品的性质和储存物品中的可燃物数量等因素，分为甲、乙、丙、丁、戊类。
习题
1、试计算下列物质于常压下在空气中燃烧的最小氧浓度（MOC）：C3H6、CH4、CH3OH。
由附录查得，C3H6、CH4、CH3OH的 分别为：1.0%、5.0%、5.5%，三者的化学反应式分别为：
C3H6+4.5O2→3CO2+3H2O
17、安全泄压装置对压力容器安全运行起什么作用？安全阀和爆破片各有哪些优缺点？分别适合何种场合？
安全泄压装置作用：正常时不起作用，压力超过安全值时会自动开启，迅速泄出部分或全部介质，使压力不再升高，达到保护容器的目的。包括安全阀、爆破片等。
安全阀：
优点：自动开闭，可以调节、不致中断生产。
缺点：密封性较差，有微量泄漏，有滞后现象，不能适应要求快速泄压的场合。此外，对黏性或含固体颗粒的介质，可能造成堵塞。
界限范围：最高工作压力(Pw)≥0.1Mpa（不含液体静压力）；内直径（非圆形截面指断面最大尺寸）≥0.15m，且容积（V）≥0.025 m3。介质为气体、液化气体或最高工作温度高于或等于标准沸点的液体。
4、压力容器由哪些主要承压部件构成？圆筒形容器与球形容器相比各有哪些特点？
12、压力容器有哪些主要破坏形式？试举例说明。
7、预防事故的基本对策有哪些方面？安全技术措施主要有哪几类？
材料腐蚀与防护-8讲-工业环境中的腐蚀
6.1.2石油加工过程的腐蚀
环烷酸腐蚀： ——环烷酸，又称石油酸，占原油中总酸95%。 ——环烷酸腐蚀与酸、温度、物流的流速有关。 ——腐蚀起始于220 ℃，随温度上升而逐渐严重 —— 270-280 ℃，腐蚀最严重 ——温度再提高，腐蚀速率下降； —— 350 ℃附近，腐蚀急剧增加 —— 400 ℃以上，无腐蚀。此时环烷酸基本气化完毕。
CO2分压超过0.2MPa，腐蚀；0.05-0.2MPa，可能腐蚀，小于 0.05MPa，无腐蚀
6.1.1石油开采过程的腐蚀
（3） 防护技术
1）控制钻井液的腐蚀性： 控制pH值，高于10，是抑制钻井液钻井液对钻具及井下设备腐蚀的
最简单、最有效、成本最低的方法 正确选择缓蚀剂：有机胺类、胺类的脂肪酸盐、季胺化合物、酰胺
化合物及咪唑啉盐类 添加除氧剂：亚硫酸盐,最小含量100mg/L, 水中钙盐高时，应大于
300mg/L 选择性添加除硫剂：通过化学反应将可溶性硫化物转化成稳定的不
与钢材反应的惰性物质。常用除硫剂——海绵铁和微孔碱式碳酸锌。
6.1.1石油开采过程的腐蚀
（3） 防护技术
2）使用内防腐层钻杆： 钻杆内涂层防腐，使金属与腐蚀介质隔绝，不使其直接接触。大大
第六章 工业环境中的腐蚀
6.1石油化工腐蚀 6.2 化学工业腐蚀 6.3 核电工业腐蚀
6.2.1 无机酸腐蚀
（1）金属在无机酸中的腐蚀特征与概念 常见的无机酸： ——硫酸、硝酸、盐酸。 非氧化性酸腐蚀 ——特点：阴极过程纯粹为氢去极化过程 氧化性酸腐蚀 ——特点：阴极过程为氧化剂的还原，如硝酸根还原为亚硝酸根 酸的氧化性不是绝对的 ——高浓度硝酸是氧化性酸，低浓度硝酸对金属的腐蚀与非氧化性酸 相同 ——稀硫酸是非氧化性酸，浓硫酸则有氧化性酸的高温硫化物的腐蚀：240 ℃以上的重油部位硫、硫化物和硫化氢形 成的腐蚀环境。存在于常压塔减压塔下部及塔底管线、常压重油和减 压渣油的高温换热器，催化裂化装置分馏塔的下部、延迟焦化装置分 馏塔的下部等，腐蚀速率在1.1mm/a。 ——低温硫化物的应力开裂腐蚀： H2S+H2O腐蚀环境。湿硫化氢对碳 钢设备的均匀腐蚀，随温度提高而加剧，80 ℃下腐蚀速率最高，110120 ℃腐蚀速率最低。开工最初几天可达10mm/a，1500-2000h，腐蚀 速率趋于0.3mm/a ——中温硫化物的露点腐蚀:炼油厂常见的腐蚀系统。
材料在环境介质作用下的断裂
材料在环境介质作用下的断裂随着材料科学发展的不断深入，材料的使用范围也越来越广泛，从传统的建筑、机械制造到电子、能源、生物医学等领域都有着广泛的应用。
然而，很多材料在使用过程中会受到环境介质的作用而发生断裂，这不仅会影响材料的性能和使用寿命，还会引起严重的安全问题。
因此，研究材料在环境介质作用下的断裂是一项十分重要的工作。
一、环境介质对材料断裂的影响环境介质指的是材料周围的气体、液体或固体，是影响材料性能和寿命的重要因素。
常见的环境介质包括氧气、水蒸气、各种酸、碱、盐等。
在环境介质作用下，材料表面会与介质发生反应或吸附，会引起材料的腐蚀、脆化、疲劳、裂纹扩展等现象，从而导致材料的断裂。
1. 腐蚀腐蚀是材料在特定条件下（如高温、潮湿、酸碱环境等）与介质接触而发生的反应。
腐蚀作用会引起材料的失重、表面粗糙化、疏松、脆化等，降低材料的强度和韧性，从而增加材料的断裂风险。
例如，船舶、海洋平台上的结构材料会受到海水的腐蚀作用，导致结构的疲劳、脆化和断裂。
2. 微生物腐蚀微生物腐蚀是由于某些微生物在特定条件下生长繁殖，利用材料表面产生的能量和化学物质而引起的腐蚀。
微生物腐蚀对金属和合金等材料的腐蚀速率远高于常规腐蚀作用，对材料的性能和使用寿命影响巨大。
例如，在海洋环境中，某些细菌、藻类和真菌会产生酸性物质，引起船舶、海洋平台等金属结构的微生物腐蚀。
3. 水蒸气腐蚀水蒸气腐蚀是一种在高温高湿环境下发生的化学反应，水蒸气与材料表面产生的氧化物或其他化合物反应，形成氢氧化物和酸等腐蚀产物。
水蒸气腐蚀会降低材料的强度和韧性，导致裂缝和断裂。
例如，在高温高湿的工业锅炉、汽轮机和核电站中，材料会受到水蒸气腐蚀作用。
二、如何减少材料在环境介质作用下的断裂1. 表面涂层处理表面涂层处理是指在材料的表面形成一层保护膜，能够减缓或延缓环境介质对材料的腐蚀作用。
常见的表面涂层处理方法包括电镀、喷涂、阳极氧化、热喷涂等。
表面涂层处理可以大大提高材料的抗腐蚀性能，延长材料的使用寿命。
《材料性能学》(第2版)12 材料的热学性能-1-热容-热膨胀
纽曼----柯普定律（Neumann-Kopp） ：
Born
Died
Residence Nationality Fields Institutions Alma mater Doctoral advisor
Doctoral students
Known for Notable awards
(1798-09-11)11 September 1798 Joachimsthal, Holy Roman Empire 23 May 1895(1895-05-23) (aged 96) Königsberg, German Empire Germany Germany Physicist, Mineralogist Königsberg University University of Berlin Christian Samuel Weiss Woldemar Voigt, Alfred Clebsch, Gustav Robert Kirchhoff, Friedrich Heinrich Albert Wangerin Neumann's Law Copley Medal (1886)
·chapter 12 Thermal Properties of Materials
·chapter13 Magnetic Properties of Materials
·chapter14 Electrical Properties of Materials
·chapter 15 Optical Properties of Materials
影响因素 测试方法
应用
掌握要点：
1. 材料的热学性能包括
、 、 、 等.
2. 固体材料的比热、热膨胀、热传导等热
【放射化学】第6章 环境放射化学
放射性对人的危害： 空气中的放射性污染物
空气中的放射性污染对人直接造成外照射； 人吸入污染的空气→内照射； 沉积到地面上的污染物 沉积造成的地面污染 →外照射； 沉积导致的农作物污染→内照射。
2）放射性物质在大气中的一般变化过程 放射物质在大气中发生的过程主要是物理过程和化
学过程。
在一些射线的作用下，大气中会发生一系列的化学 反应，其中最重要的是光化学反应。各层的化学反 应不近一致。
1）水体的分类与组成 环境水可分为降水（雨、雪、雹）、地表水、和地 下水类等。 归纳起来如下：环境水：水、悬浮物、胶体物质、 溶解物质。 2）放射性物质在水体中的一般变化过程 这些变化过程大致可分为物理过程、化学过程和生 物过程。
(2)放射性物质在水体中的化学行为 1）放射性物质在水体中的存在状态 放射物质在水体中的存在状态因其来源不同而不同，
人为产生的气载污染物一般都排入边界层中。 污染物质释入大气后将随风的运动向下风向输运， 污染物分布不均匀形成的浓度梯度导致其在水平和铅 直方向上扩散，空气流场的切变则导致污染物的弥散。
大气的分层结构
输运过程中放射性核素将逐渐衰变，其子体逐渐积累。 雨雪的清洗→湿沉积； 粒径较大(＞20μm)的固体颗粒→沉降； 气溶胶，蒸汽和气体与固体物碰撞→干沉积； 风的作用→沉积物→悬浮→二次污染。
6.3 放射性物质在土壤中的化学 （1）概述 1）土壤的组成：
土壤是岩石圈表面的风化层，它主要由矿物质、有 机质、水和空气四部分组成。矿物质分为原生矿物和 次生矿物。
土壤中的有机质包括动植物死亡后的残骸以及生活 在土壤中的微生物和其它生物。土壤中的空气和水存 在于土壤空隙之间，它们在植物的呼吸和养分的传递 中起着重要作用。
大气的总质量约为3.9×1015吨，主要成分是氮 (78.09%)和氧(20.95%)，还有微量的稀有气体、CO2、 水蒸气和飘尘等，大气是一种复杂的化学体系。根据 大气物理性质的不同特征，将大气分为对流层、平流 层、中间层、热层和散逸层等，与人类有最密切的是 对流层和平流层。
金属学与热处理第六章
复习重点：名词、简答、各章课堂强调的重点及书后作业第六章金属的塑性变形和再结晶一、名词强度：材料在外力作用下抵抗破坏的能力。
屈服极限：金属开始产生屈服现象时的应力。
延伸率：在拉伸试验中，金属试样断裂后标距长度伸长量∆L(L k-L0)与原始标距长度L0的百分比。
断面收缩率：在拉伸试验中，金属试样断裂后原始横截面面积F0和断裂时横截面面积F k之差与原始横截面积F0的百分比。
滑移带：当表面抛光的单晶体金属试样经过适量塑性变形后，在金相显微镜下可以观察到，在抛光的表面上出现的相互平行的线条。
滑移线：经塑性变形后在试样表面上产生的一个个小台阶。
滑移：晶体的一部分相对于另一部分沿着某些晶面和晶向发生相对滑动的塑性变形方式。
滑移系：一个滑移面和此面上的一个滑移方向结合起来组成一个滑移系。
软取向：当外力与滑移面、滑移方向的夹角都是45°时所对应的取向称为软取向。
硬取向：当外力与滑移面平行(ϕ＝90°)或垂直(λ=90°)时所对应的取向称为硬取向。
细晶强化：用细化晶粒增加晶界提高金属强度的方法。
孪生：在切应力作用下晶体的一部分相对于另一部分沿一定的晶面(孪晶面或孪生面)与晶向(孪生方向)产生一定角度的均匀切变过程。
孪晶：通过孪生形成的以孪晶界为分界面的对称的两部分晶体。
变形织构：因塑性变形导致的多晶体晶粒具有的择优取向的组织。
加工硬化：随着变形程度的增加，金属的强度、硬度显著升高，而塑性、韧性则显著下降的现象。
二、简答：1. 低碳钢拉伸应力-应变曲线可分为哪几个阶段？答：弹性变形、塑性变形、断裂2. 影响弹性模量的因素有哪些？答：金属的本性、晶体结构、晶格常数。
3. 滑移面与滑移方向选择晶体密排面与密排晶向的原因？答：密排晶面上原子间结合力最强，而密排晶面之间的原子间结合力最弱，滑移的阻力最小，因而最易滑移，密排晶向阻力最小。
4. 多晶体塑性变形的特点？答：各晶粒不同时变形、各晶粒相互协调变形、各晶粒及一个晶粒内部变形不均匀5. 塑性变形后，金属内部残余应力有哪几种？答：宏观内应力、微观内应力、点阵畸变6、根据组织，合金分为哪两种？答：1）单相固溶体合金，2）多相合金。
材料腐蚀与防护措施
材料腐蚀与防护措施材料腐蚀是指材料与其周围环境发生化学反应导致其性能和结构的损坏。
腐蚀不仅会导致材料的损坏，还会对设备和结构的安全性和可靠性产生不良影响。
因此，采取有效的防护措施对于材料的长期使用非常重要。
本文将介绍材料腐蚀的类型、原因和防护措施。
材料腐蚀的类型可以分为电化学腐蚀和化学腐蚀两类。
电化学腐蚀是指材料与电解质溶液或湿气发生化学反应，产生电流从而导致腐蚀；化学腐蚀是指材料直接与化学物质反应，导致其性能和结构的损坏。
造成材料腐蚀的原因有很多，主要包括以下几点：1.酸碱介质：酸和碱是常见的腐蚀介质，它们能够与材料表面发生反应，形成溶解产物进而导致腐蚀。
2.湿气和水：湿气和水中含有溶解的氧、二氧化碳等物质，这些物质能够在材料表面形成一层氧化膜，导致腐蚀。
3.盐类：盐类是一种常见的腐蚀介质，例如氯离子在湿气和水中能够形成氯离子溶液，从而引起腐蚀。
4.金属接触：不同金属之间发生接触，会引起电化学腐蚀，产生电流从而导致腐蚀。
为了有效防护材料腐蚀，人们采取了多种防护措施。
下面将介绍几种常见的防护措施：1.涂层防护：在材料表面涂覆一层防腐蚀涂料，能够有效隔绝材料与环境介质的接触，起到防护作用。
常见的涂层材料有油漆、涂层树脂等。
2.电镀防护：通过电化学方法，在材料表面形成一层金属镀层，起到阻止材料与环境介质接触的作用。
常见的电镀材料有镀铬、镀锌等。
3.合金防护：通过在材料中添加一定比例的合金元素，改变材料的化学性质，提高其抗腐蚀性能。
4.热处理防护：通过对材料进行热处理，改变材料的晶体结构和化学成分，提高其抗腐蚀性能。
5.等离子体涂层：利用等离子体技术，在材料表面形成一层陶瓷涂层，有效防止材料与环境介质的接触。
6.选择合适的材料：对于一些特殊环境下的材料使用，应选择具有抗腐蚀性能的材料，例如不锈钢、高温合金等。
综上所述，材料腐蚀对设备和结构的使用寿命和安全性产生不良影响，因此采取有效的防护措施非常重要。
材料在环境条件下的力学性能5
不同合金腐蚀介质表
应力腐蚀特征：典型的滞后破坏；裂纹分为晶间型、穿晶型和混合型；裂纹扩散速度比均匀腐蚀快约106倍；低应力的脆性断裂。
滞后破坏
孕育期：裂纹萌生阶段，即裂纹源成核所需时间，约占整个时间的90％左右；
裂纹扩展期：裂纹成核→临界尺寸；
快速断裂期：裂纹达到临界尺寸后，由纯力学作用裂纹失稳瞬间断裂。
材料在环境条件下的力学性能
前几节主要介绍材料在外力作用下所表现的力学行为规律，实际工程结构或零件，都是在一定环境或介质下工作，材料在环境介质中的力学行为是介质和应力共同作用的结果。本节主要介绍应力腐蚀的试验方法。
5.1概述
应力腐蚀是指材料、机械零件或构件在静应力（主要是拉应力）和腐蚀的共同作用下产生的失效现象。应力腐蚀是危害最大的腐蚀形态之一。
特定介质：特定组织环境（包括腐蚀介质性质、浓度、温度），特定材料对于特定的溶液介质，才能发生应力腐蚀。例如，奥氏体不锈钢—Cl离子溶液、低合金高强度钢—潮湿大气中。
应力来源：机件所承受的应力包括工作应力和残余应力。工作状态下构件所承受的外加载荷形成的抗力；加工，制造，热处理引起的内应力；装配，安装形成的内应力；温差引起的热应力；裂纹内因腐蚀产物的体积效应造成的楔入作用也能产生裂纹扩展所需要的应力。
应力腐蚀裂纹的da/dt-K1
当裂纹尖端的KI＞KISCC时，裂纹就会不断扩展。单位时间内裂纹的扩展量叫做应力腐蚀裂纹扩展速率，用da/dt表示。裂纹的扩展速率da/dt随着应力强度因子K1而变化。
I区：当K1稍大于K1SCC时，裂纹经过一段孕育突然加速发展，即在I区内，裂纹生长速率对K1较敏感；
II区：da/dt与K1无关，通常说的裂纹扩展速率就是指该区速率，因为它主要由电化学过程控制，较强烈地依赖于溶液的pH值，粘度和温度；
应力腐蚀特征：典型的滞后破坏；裂纹分为晶间型、穿晶型和混合型；裂纹扩散速度比均匀腐蚀快约106倍；低应力的脆性断裂。
滞后破坏
孕育期：裂纹萌生阶段，即裂纹源成核所需时间，约占整个时间的90％左右；
裂纹扩展期：裂纹成核→临界尺寸；
快速断裂期：裂纹达到临界尺寸后，由纯力学作用裂纹失稳瞬间断裂。
材料在环境条件下的力学性能
前几节主要介绍材料在外力作用下所表现的力学行为规律，实际工程结构或零件，都是在一定环境或介质下工作，材料在环境介质中的力学行为是介质和应力共同作用的结果。本节主要介绍应力腐蚀的试验方法。
5.1概述
应力腐蚀是指材料、机械零件或构件在静应力（主要是拉应力）和腐蚀的共同作用下产生的失效现象。应力腐蚀是危害最大的腐蚀形态之一。
特定介质：特定组织环境（包括腐蚀介质性质、浓度、温度），特定材料对于特定的溶液介质，才能发生应力腐蚀。例如，奥氏体不锈钢—Cl离子溶液、低合金高强度钢—潮湿大气中。
应力来源：机件所承受的应力包括工作应力和残余应力。工作状态下构件所承受的外加载荷形成的抗力；加工，制造，热处理引起的内应力；装配，安装形成的内应力；温差引起的热应力；裂纹内因腐蚀产物的体积效应造成的楔入作用也能产生裂纹扩展所需要的应力。
应力腐蚀裂纹的da/dt-K1
当裂纹尖端的KI＞KISCC时，裂纹就会不断扩展。单位时间内裂纹的扩展量叫做应力腐蚀裂纹扩展速率，用da/dt表示。裂纹的扩展速率da/dt随着应力强度因子K1而变化。
I区：当K1稍大于K1SCC时，裂纹经过一段孕育突然加速发展，即在I区内，裂纹生长速率对K1较敏感；
II区：da/dt与K1无关，通常说的裂纹扩展速率就是指该区速率，因为它主要由电化学过程控制，较强烈地依赖于溶液的pH值，粘度和温度；
环境卫生知识点总结
第一章：绪论1．环境卫生学(environmental health)：研究自然环境和生活环境与人群健康的关系，揭示环境因素对人群健康影响的发生、发展规律，为充分利用环境有益因素和控制环境有害因素提出卫生要求和预防对策，增进人体健康，提高整体人群健康水平的科学。
2．环境内分泌干扰物（EDCs）：许多环境化学污染物具有类似激素作用，干扰动物体内的内分泌功能，称~，对雌激素、甲状腺素、儿茶酚胺、睾酮等呈现显著干扰效应，临床上以生殖障碍、出生缺陷、发育异常、代谢紊乱以及对某些癌症的发生、发展产生影响为特征。
3．持久性有机污染物（POPs）：指人类合成的能持久存在于环境中、通过生物食物链（网）累积、并对人类健康造成有害影响的化学物质。
4．一次污染物：指由污染源直接排入环境中，其理化性质未发生变化的污染物。
5．二次污染物：指某些一次污染物进入环境后在物理、化学或生物学作用下，或与其他物质发生反应而形成与原来污染物的理化性质和毒性完全不同的新的污染物,往往毒性更大。
如光化学烟雾、甲基汞、酸雨（雾）。
6．生物地球化学性疾病：由于地壳表面化学元素分布的不均匀性，使某些地区的水和／或土壤中某些元素过多或过少，当地居民通过饮水、食物等途径摄入这些元素过多或过少，而引起某些特异性疾病，称为生物地球化学性疾病。
7．兴奋效应hormesis：即某些物质在低剂量时对生物系统有刺激作用，而在高剂量时具有抑制作用，典型的环境污染物如镉、铅、汞、二恶英等都具有类似的生物性效应模式。
8．环境介质：是人类赖以生存的物质环境条件，通常以气态、液态和固态三种物质形态而存在，能够容纳和运载各种环境因素。
具体来说，是指大气、水、土壤（岩石）以及包括人体在内的所有生物体。
（特征：不能以完全单一介质形式存在；三种物质形态可相互转化；还具有维持自身稳定的特性）9．环境因素：是被介质容纳和转运的成分或介质中各种无机和有机的组成成分。
（按其属性可分为物理性、化学性、生物性三类）10．清洁生产：指能够节约能源、减少资源消耗，有效预防和控制污染物和其他废物生成的工艺技术过程，包括清洁的能源、清洁的生产过程和清洁的产品。
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机械零件在工作条件下可能承受哪些负荷？这些负荷对零件产生什么作用？
答：工程构件与机械零件(以下简称零件或构件)在工作条件下可能受到力学负荷、热负荷或环境介质的作用。
有时只受到一种负荷作用，更多的时候将受到两种或三种负荷的同时作用。
在力学负荷作用条件下，零件将产生变形，甚至出现断裂；
在热负荷作用下，将产生尺寸和体积的改变，并产生热应力，司时随温度的升高，零件的承载能力下降；
环境介质的作用主要表现为环境对零件表面造成的化学腐蚀，电化学腐蚀及摩擦磨损等作用。
整机性能、机械零件的性能和制造该零件所用材料的力学性能间是什么关系？
答：机器的整机性能除与机器构造、加工与制造等因素有关外，主要取决于零部件的结构与性能，尤其是关键件的性能。
在合理而优质的设计与制造的基础上，机器的性能主要由其零部件的强度及其它相关性能来决定。
机械零件的强度是由结构因素、加工工艺因素、材料因素和使用因素等确定的。
在结构因素和加工工艺因素正确合理的条件下，大多数零件的体积、重量、性能和寿命主要中材料大素，即主要中材料的强度
及其它力学性能所决定。
在设计机械产品时，主要是根据零件失效的方式正确选择的材料的强度等力学性能判据指标来进行定量计算，以确定产品的结构和零件的尺寸。
材料的腐蚀与防护
材料腐蚀与防护一、名词解释：1. 腐蚀：腐蚀是材料由于环境的作用而引起的破坏和变质。
2. 高温腐蚀：在高温条件下，金属与环境介质中的气相或凝聚相物质发生反应而遭受破坏的过程称为高温氧化，亦称高温腐蚀。
3. 极化：由于电极上有净电流通过，电极电位（ΔEt）显著地偏离了未通净电流时的起始电位（ΔE0）的变化现象。
4. 去极化：能消除或抑制原电池阳极或阴极极化过程的叫作去极化。
5. 非理想配比：是指金属与非金属原子数之比不是准确的符合按化学分子式的比例，但仍保持电中性。
6. 全面腐蚀: 全面腐蚀：指暴露于腐蚀环境中，在整个金属表面上进行的腐蚀。
7. 点腐蚀：（孔蚀）是一种腐蚀集中在金属（合金）表面数十微米范围内且向纵深发展的腐蚀形式，简称点蚀。
8. 应力腐蚀（SCC）：是指金属材料在特定腐蚀介质和拉应力共同作用下发生的脆性断裂。
9. 腐蚀疲劳：是指材料或构件在交变应力与腐蚀环境的共同作用下产生的脆性断裂。
10. 干大气腐蚀：干大气腐蚀是在金属表面不存在液膜层时的腐蚀。
11. 潮大气腐蚀：指金属在相对湿度小于100%的大气中，表面存在看不见的薄的液膜层发生的腐蚀。
12. 湿大气腐蚀：是指金属在相对湿度大于100%的大气中，表面存在肉眼可见的水膜发生的腐蚀。
13. 缓蚀剂：是一种当它以适当的浓度和形式存在于环境（介质）地，可以防止或减缓腐蚀的化学物质或复合物质。
14. 钝化：电化学腐蚀的阳极过程在某些情况下会受到强烈的阻滞，使腐蚀速度急剧下降，这种现象叫金属的钝化。
15. 平衡电极电位（可逆电极电位）E：当金属电极上只有惟一的一种电极反应，并且该反应处于动态平衡时，金属的溶解速度等于金属离子的沉积速度时，电极所获得的不变电位值。
16. 非平衡电极电位（不可逆电极电位）：金属电极上可能同时存在两个或两个以上不同物质参与的电化学反应，当动态平衡时，电极上不可能出现物质交换与电荷交换均达到平衡的情况，这种情况下的电极电位称为非平衡电极电位。
纳米材料在环境中的行为及危害评估
纳米材料在环境中的行为及危害评估纳米技术作为当今最热门的前沿技术之一，其独特的性质和巨大的应用前景吸引了全球科学家的关注。
与普通材料相比，纳米材料具有更小的尺寸、更大的比表面积、更多的活性位点、更高的表面能量等优越的物理化学性质。
这些独特的性质使得纳米材料在多个领域具有广泛的应用前景，如生物医药、新能源、环境污染治理等领域。
而同时，也有一些人担心，由于纳米材料过小、过活性，可能会对环境和人类健康造成不可逆的危害。
因此，对纳米材料在环境中的行为及其危害评估就显得尤为重要。
一、纳米材料在环境中的行为1. 纳米材料的形态特征纳米材料具有更小的尺寸，一般在1~100 nm范围内。
此外，纳米材料具有更高的比表面积，一般是普通材料的数倍或数十倍。
这些独特的形态特征决定了纳米材料表面活性位点更多，表面能量更高，并具有更大的化学活性。
2. 纳米材料的运移路径纳米材料的运移路径可分为水相、土壤和空气三个环境介质。
在水相中，纳米材料一般会因为碰撞和凝聚，最终形成较大的颗粒沉积到水底。
而在土壤介质中，纳米材料被固定在土壤颗粒表面，部分纳米材料也会呈现溶解/沉淀的状态。
在空气介质中，纳米材料则会与空气中的颗粒物、水蒸气等相互作用，最终沉降到地面。
3. 纳米材料的环境毒性纳米材料的环境毒性与纳米材料自身的特性、溶解性、氧化还原能力、比表面积等因素有关。
实际应用中，许多纳米材料的毒性与其溶解程度、结构组成、表面修饰等也有关系。
常被用于毒性评估的指标有细胞毒性、免疫毒性、DNA损伤、生物积累等指标。
二、纳米材料在环境中的危害评估1. 纳米材料与生物的相互作用纳米材料对生物的作用机制十分复杂。
研究表明，纳米材料可能会引起细胞内氧化应激反应和DNA干扰等影响。
不同的纳米材料也可能会导致不同的细胞毒性效应。
此外，研究还发现，纳米材料通过与生物大分子相互作用，如转录因子、蛋白质和DNA结合等，会影响到基因表达，进而影响整个生物的生长、发育和代谢等过程。
环境介质
环境分类
QA在蒸发器中吸收1、在环境科学中,环境介质指环绕着人群的空间及其中可以直接、间接影响人类生活和发 展的各种因素的总称。常依人类对环境的利用或环境的功能再分为聚落环境（如院落环境、村落环境、城市环 境）、生产环境（如工厂环境、矿山环境、农场等。
能量QA在蒸发器中吸收2、生物个体、种群或群落生存空间自然条件的总称。环境由环境因子组成,具体包括: 气候因子分类根据范围大小不同，环境可分为区域环境、生态环境、小环境和体内环境。区域环境是指大范围的 地区环境，如江、河、湖、海、高山、高原等。
3、量和信息3个组成部分,其中物质部分称为环境介质,能量和信息部分称为环境因素.环境的复杂性可表现 在几个方面:环境由多个同类或不同类的环境介质组成,每个环境介质都不同程度地影响环境的结构和功能。
在环境科学中,指环绕着人群的空间及其中可以直接、间接影响人类生活和发展的各种因素的常依人类对环境 的利用或环境的功能再分为聚落环境（如院落环境、村落环境、城市环境）、生产环境如工厂环境、矿山环境、 农场等。
环境介质示意图2、金属腐蚀的分类有多种分类方法： （1）按腐蚀过程的分，主要有化学腐蚀和电化学腐 蚀。化学腐蚀是金属和环境介质直接发生化学作用而产生的损坏，在腐蚀过程中没有电流产生。例如金属在高温 的空气中或氯气中的腐蚀，非电解质对金属的腐蚀等。引起金属化学腐蚀的介质不能导电。电化学腐蚀是金属在 电解质溶液中发生电化学作用而引起的损坏，在腐蚀过程中有电流产生。引起电化学腐蚀的介质都能导电。例如， 金属在酸、碱、盐、土壤、海水等介质中的腐蚀。电化学腐蚀与化学腐蚀的主要区别在于它可以分解为两个相互 独立而又同时进行的阴极过程和阳极过程，而化学腐蚀没有这个特点。电化学腐蚀比化学腐蚀更为常见和普遍。 （2）按金属腐蚀破坏的形态和腐蚀区的分布，分为全面腐蚀和局部腐蚀。全面腐蚀，是指腐蚀分布于整个金属的 表面。
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值K1SCC，但铝合金却没有明显的门槛值，其门槛值 只能根据指定的试验时间而定。一般认为对于这类
试验的时间至少要1000小时，使用这类K1SCC数据时 必须十分小心。特别是如果所设计的工程构件在腐
蚀性环境中应用的时间比产生K1SCC数据的试验时间 长时，更要小心。
2、除了用K1SCC来表示材料的应力腐蚀抗力外，也可测量裂纹 扩展速率da/dt。 由上可见，当应力腐蚀裂纹顶端的KI＞KSCC时，裂纹就会 不断扩展。单位时间内裂纹的扩展量称为应力腐蚀裂纹扩展 速率，常用da/dt表示。
试验证明，da/dt与KI有关。在lg(da/dt)-KI的坐标图上， 其关系曲线如图所示：
3、SCC裂纹构件的使用寿命
根据KISCC和裂纹扩展速率da/dt，能够评估构 件的安全和寿命。由于KI<KISCC，时，构件是安全 的，所以可以利用KISCC计算出临界裂纹的长度a0.如 果a<a0，则裂纹不扩展，可以不考虑应力腐蚀的问 题；如果a>a0，则在工作应力下裂纹会因应力腐蚀 而不断扩展。此时，可以根据裂纹扩展速率来预测
第6章 材料在环境介质作用下 的力学行为
前言 材料在应力和环境条件下的共同作用引起材料力
学性能的下降、发生的过早脆性断裂现象称为材料的 环境诱发断裂或环境敏感断裂。
环境敏感断裂的分类： 根据构件的受力状态：应力腐蚀开裂；腐蚀疲劳断裂； 微动腐蚀等 从破坏机理看：裂纹顶端阳极溶解引起的应力腐蚀断 裂；阴极析氢引起的氢脆或氢致断裂。 从材料的种类看：金属材料的环境敏感断裂；玻璃、 陶瓷的环境敏感断裂；聚合物的环境敏感断裂； 从环境介质：气态、液态、固态的的环境敏感断裂
6.1 应力腐蚀
6.1.1 应力腐蚀的特点
材料或零件在应力和腐蚀环境的共同作用下引
起的破坏叫应力腐蚀。
应力的危险性正在于它常发生在相当缓和的介 质和不大的应力状态下，而且往往事先没有明显的 预兆。
应力腐蚀开裂具有以下特征
(1) 造成应力腐蚀破坏的是静应力，远低于材料的屈服强度， 而且一般是拉伸应力。这个应力可以是外加应力，也可以是 焊接、冷加工或热处理产生的残留拉应力。最早发现的冷加 工黄铜子弹壳在含有潮湿的氨气介质中的腐蚀破坏，就是由 于冷加工造成的残留拉应力的结果。假如经过去应力退火， 这种事故就可以避免。
构件的使用寿命。
试验时保持一个恒定载荷之中试样断裂，记下
断裂时间tf，利用上式计算出初始应力强度因子KI。 用若干个试样在不同载荷下重复上述试样，得到一
系列的tf和相应的KI，画出KI-tf曲线，对应无限断 裂时间的KI就是KISCC。
实际测试中可以规定一个较长的截止时间（100 －300h）作为确定KISCC的基准。另外，利用悬臂 梁弯曲试验，也可以同时测出da/dt-KI曲线。
(5) 应力腐蚀的裂纹多起源于表面蚀坑处，而裂纹的传播途 径常垂直于拉力轴。
(6) 应力腐蚀破坏的断口，其颜色灰暗，表面常有腐蚀产物， 而疲劳断口的表面，如果是新鲜断口常常较光滑，有光泽。 (7) 应力腐蚀的主裂纹扩展时常有分枝。 (8) 应力腐蚀引起的断裂可以是穿晶断裂，也可以是晶间断 裂。如果是穿晶断裂，其断口是解理或准解理的，其裂纹 有似人字形或羽毛状的标记。
2. 不能正确得出裂纹扩展速率的变化规律。因为这种 传统的方法是以名义应力作为裂纹扩展驱动力的，它 不能反应裂纹顶端的应力状态。只有把断裂力学引如 应力腐蚀断裂的研究中后，这问题才能得到解决。
3. 费时，不能用于工程设计。
2、裂纹试样的评价指标
通过对比可以发现：
(1)K<K1SCC时，在应力作用下，材料或零件可以长期处于 腐蚀环境中而不发生破坏。
K1SCC值，缺点是裂纹扩展趋向停止的时间很长。当 停止试验时，扩展的裂纹前沿有时不太规整，在判
定裂纹究竟是扩展了还是已停止扩展发生困难，因
此在计算K1SCC时就有一定误差。
6.1.4 影响应力腐蚀的因素
2.环境因素
奥氏体不锈钢对卤化物元素是十分敏感的；同样，一些 铜合金对含氨的环境也是很敏感的。奥氏体不锈钢固然对氯 化物产生应力腐蚀很敏感，但氯或卤素离子并不是唯一的决 定因素，产生SCC还必须有氧存在。对加铌的18-8不锈钢研 究发现，只要其中有百万分之几的氧就能和氯化物共同造成 应力腐蚀。奥氏体不锈钢在沸腾的MgCl2溶液中，只有氮浓 度超过500X10-6才产生SCC，而在氮浓度小于500X10-6时，则 不发生应力腐蚀。溶液的PH值对应力腐蚀的敏感性也有很大 的影响。
(2)K1SCC<K<K1C时，在腐蚀性环境和应力共同作用下，裂 纹呈亚临界扩展，随着裂纹不断增长，裂纹尖端K值不 断增大，达到K1C时即发生断裂。
(3)K>K1C时，加上初始载荷后立即断裂。尽管初始K值不 同，裂纹扩展速率和断裂时间也不同，但材料的最终 破坏都是在K=K1C时发生的。
应该指出，高强度钢和钛合金都有一定的门槛
一种是载荷恒定，使K1不断增大的方法，最常 用的是恒载荷的悬臂梁弯曲试验装置。另一种测定
K1SCC的方法是位移恒定，使K1不断减少,用紧凑拉伸 试样和螺栓加载。
这两种方法各有其优缺点。用悬臂梁弯曲方法可
得到完整的K1初始-断裂时间曲线，能够较准确的确定 K1SCC，缺点是所需试样较多。恒位移法不需特殊试 验机，便于现场测试，原则上用一个试样即可测定
(2) 应力腐蚀造成的破坏，是脆性断裂，没有明显的塑性变形。
(3)只有在特定的合金成分与特定的介质相组合时才会造成 应力腐蚀。例如α黄铜只有在氨溶液中才会腐蚀破坏，而 β黄铜在水中就能破裂。
(4) 应力腐蚀的裂纹扩展速率一般在10-9-10-6m/s，有点象疲 劳，是渐进缓慢的，这种亚临界的扩展状况一直达到某一临 界尺寸，使剩余下的断面不能承受外载时，就突然发生断裂。
典型的应力腐蚀照片
6.1.2典型材料的应力腐蚀
2. 不锈钢在氯化物溶液中的应力腐蚀
3. 铜合在氨水溶液中的应力腐蚀
6.1.3 应力腐蚀抗力指标及测试方法
早期对应力腐蚀开裂的研究，通常采用光滑试样在拉应力 和化学介质共同作用下，依据发生断裂的持续时间来评定材 料的抗应力腐蚀性能。
进行试验时，采用一组相同的试样，在不同 的应力水平作用下测定其断裂时间tf ,作出σ－tf 曲线。断裂时间随外加拉伸应力的降低而增加 。
试验的时间至少要1000小时，使用这类K1SCC数据时 必须十分小心。特别是如果所设计的工程构件在腐
蚀性环境中应用的时间比产生K1SCC数据的试验时间 长时，更要小心。
2、除了用K1SCC来表示材料的应力腐蚀抗力外，也可测量裂纹 扩展速率da/dt。 由上可见，当应力腐蚀裂纹顶端的KI＞KSCC时，裂纹就会 不断扩展。单位时间内裂纹的扩展量称为应力腐蚀裂纹扩展 速率，常用da/dt表示。
试验证明，da/dt与KI有关。在lg(da/dt)-KI的坐标图上， 其关系曲线如图所示：
3、SCC裂纹构件的使用寿命
根据KISCC和裂纹扩展速率da/dt，能够评估构 件的安全和寿命。由于KI<KISCC，时，构件是安全 的，所以可以利用KISCC计算出临界裂纹的长度a0.如 果a<a0，则裂纹不扩展，可以不考虑应力腐蚀的问 题；如果a>a0，则在工作应力下裂纹会因应力腐蚀 而不断扩展。此时，可以根据裂纹扩展速率来预测
第6章 材料在环境介质作用下 的力学行为
前言 材料在应力和环境条件下的共同作用引起材料力
学性能的下降、发生的过早脆性断裂现象称为材料的 环境诱发断裂或环境敏感断裂。
环境敏感断裂的分类： 根据构件的受力状态：应力腐蚀开裂；腐蚀疲劳断裂； 微动腐蚀等 从破坏机理看：裂纹顶端阳极溶解引起的应力腐蚀断 裂；阴极析氢引起的氢脆或氢致断裂。 从材料的种类看：金属材料的环境敏感断裂；玻璃、 陶瓷的环境敏感断裂；聚合物的环境敏感断裂； 从环境介质：气态、液态、固态的的环境敏感断裂
6.1 应力腐蚀
6.1.1 应力腐蚀的特点
材料或零件在应力和腐蚀环境的共同作用下引
起的破坏叫应力腐蚀。
应力的危险性正在于它常发生在相当缓和的介 质和不大的应力状态下，而且往往事先没有明显的 预兆。
应力腐蚀开裂具有以下特征
(1) 造成应力腐蚀破坏的是静应力，远低于材料的屈服强度， 而且一般是拉伸应力。这个应力可以是外加应力，也可以是 焊接、冷加工或热处理产生的残留拉应力。最早发现的冷加 工黄铜子弹壳在含有潮湿的氨气介质中的腐蚀破坏，就是由 于冷加工造成的残留拉应力的结果。假如经过去应力退火， 这种事故就可以避免。
构件的使用寿命。
试验时保持一个恒定载荷之中试样断裂，记下
断裂时间tf，利用上式计算出初始应力强度因子KI。 用若干个试样在不同载荷下重复上述试样，得到一
系列的tf和相应的KI，画出KI-tf曲线，对应无限断 裂时间的KI就是KISCC。
实际测试中可以规定一个较长的截止时间（100 －300h）作为确定KISCC的基准。另外，利用悬臂 梁弯曲试验，也可以同时测出da/dt-KI曲线。
(5) 应力腐蚀的裂纹多起源于表面蚀坑处，而裂纹的传播途 径常垂直于拉力轴。
(6) 应力腐蚀破坏的断口，其颜色灰暗，表面常有腐蚀产物， 而疲劳断口的表面，如果是新鲜断口常常较光滑，有光泽。 (7) 应力腐蚀的主裂纹扩展时常有分枝。 (8) 应力腐蚀引起的断裂可以是穿晶断裂，也可以是晶间断 裂。如果是穿晶断裂，其断口是解理或准解理的，其裂纹 有似人字形或羽毛状的标记。
2. 不能正确得出裂纹扩展速率的变化规律。因为这种 传统的方法是以名义应力作为裂纹扩展驱动力的，它 不能反应裂纹顶端的应力状态。只有把断裂力学引如 应力腐蚀断裂的研究中后，这问题才能得到解决。
3. 费时，不能用于工程设计。
2、裂纹试样的评价指标
通过对比可以发现：
(1)K<K1SCC时，在应力作用下，材料或零件可以长期处于 腐蚀环境中而不发生破坏。
K1SCC值，缺点是裂纹扩展趋向停止的时间很长。当 停止试验时，扩展的裂纹前沿有时不太规整，在判
定裂纹究竟是扩展了还是已停止扩展发生困难，因
此在计算K1SCC时就有一定误差。
6.1.4 影响应力腐蚀的因素
2.环境因素
奥氏体不锈钢对卤化物元素是十分敏感的；同样，一些 铜合金对含氨的环境也是很敏感的。奥氏体不锈钢固然对氯 化物产生应力腐蚀很敏感，但氯或卤素离子并不是唯一的决 定因素，产生SCC还必须有氧存在。对加铌的18-8不锈钢研 究发现，只要其中有百万分之几的氧就能和氯化物共同造成 应力腐蚀。奥氏体不锈钢在沸腾的MgCl2溶液中，只有氮浓 度超过500X10-6才产生SCC，而在氮浓度小于500X10-6时，则 不发生应力腐蚀。溶液的PH值对应力腐蚀的敏感性也有很大 的影响。
(2)K1SCC<K<K1C时，在腐蚀性环境和应力共同作用下，裂 纹呈亚临界扩展，随着裂纹不断增长，裂纹尖端K值不 断增大，达到K1C时即发生断裂。
(3)K>K1C时，加上初始载荷后立即断裂。尽管初始K值不 同，裂纹扩展速率和断裂时间也不同，但材料的最终 破坏都是在K=K1C时发生的。
应该指出，高强度钢和钛合金都有一定的门槛
一种是载荷恒定，使K1不断增大的方法，最常 用的是恒载荷的悬臂梁弯曲试验装置。另一种测定
K1SCC的方法是位移恒定，使K1不断减少,用紧凑拉伸 试样和螺栓加载。
这两种方法各有其优缺点。用悬臂梁弯曲方法可
得到完整的K1初始-断裂时间曲线，能够较准确的确定 K1SCC，缺点是所需试样较多。恒位移法不需特殊试 验机，便于现场测试，原则上用一个试样即可测定
(2) 应力腐蚀造成的破坏，是脆性断裂，没有明显的塑性变形。
(3)只有在特定的合金成分与特定的介质相组合时才会造成 应力腐蚀。例如α黄铜只有在氨溶液中才会腐蚀破坏，而 β黄铜在水中就能破裂。
(4) 应力腐蚀的裂纹扩展速率一般在10-9-10-6m/s，有点象疲 劳，是渐进缓慢的，这种亚临界的扩展状况一直达到某一临 界尺寸，使剩余下的断面不能承受外载时，就突然发生断裂。
典型的应力腐蚀照片
6.1.2典型材料的应力腐蚀
2. 不锈钢在氯化物溶液中的应力腐蚀
3. 铜合在氨水溶液中的应力腐蚀
6.1.3 应力腐蚀抗力指标及测试方法
早期对应力腐蚀开裂的研究，通常采用光滑试样在拉应力 和化学介质共同作用下，依据发生断裂的持续时间来评定材 料的抗应力腐蚀性能。
进行试验时，采用一组相同的试样，在不同 的应力水平作用下测定其断裂时间tf ,作出σ－tf 曲线。断裂时间随外加拉伸应力的降低而增加 。