第4章—应力作用下的腐蚀(一)
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2020-2021学年化学新教材人教版选择性必修第一册教师用书:第4章第3节金属的腐蚀与防护第三节金属的腐蚀与防护发展目标体系构建1.通过实验科学探究金属腐蚀的本质及其原因,认识金属腐蚀的主要类型,能正确书写析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应式。
2.认识金属腐蚀产生的危害和影响,树立防止金属腐蚀的意识,熟知金属腐蚀常用的防护方法。
一、金属的腐蚀1.金属腐蚀(1)概念:金属或合金与周围的气体或液体发生氧化还原反应而引起损耗的现象。
(2)由于与金属接触的气体或液体物质不同,发生腐蚀的情况也不同,发生腐蚀的情况也不同,一般金属腐蚀可分为两类:①化学腐蚀:金属与其表面接触的一些物质(如O2、Cl2、SO2等)直接反应而引起的腐蚀.温度对化学腐蚀的影响很大.②电化学腐蚀:当不纯的金属与电解质溶液接触时会发生原电池反应,比较活泼的金属发生氧化反应而被腐蚀。
2.钢铁的电化学腐蚀由于条件不同,钢铁腐蚀可分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀两种类型。
析氢腐蚀吸氧腐蚀示意图钢铁的析氢腐蚀示意图钢铁的吸氧腐蚀示意图水膜环境在酸性环境中水膜酸性很弱或呈中性负极反应Fe-2e-===Fe2+2Fe-4e-===2Fe2+正极反应2H++2e-===H2↑O2+4e-+2H2O===4OH-总反应Fe+2H+===Fe2++H2↑2Fe+O2+2H2O===2Fe(OH)2 4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3联系吸氧腐蚀更普遍腐蚀比化学腐蚀更普遍,速率也大得多危害更大。
(2)析氢腐蚀和吸氧腐蚀取决于金属表面电解质溶液的酸碱性,实际情况中以吸氧腐蚀为主。
(3)钢铁发生析氢腐蚀或吸氧腐蚀时,负极都是铁,失电子生成Fe2+,而非Fe3+。
3.实验探究[实验4-3](1)实验1:将经过酸洗除锈的铁钉用饱和食盐水浸泡一下,放入下图所示的具支试管中。
几分钟后,观察导管中水柱的变化。
现象及原因:实验1中导管中的水柱上升,铁钉生锈。
说明该过程铁钉被腐蚀。
工程材料力学性能课后题答案第三版(束德林)第一章单向静拉伸力学性能1、解释下列名词。
(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。
脆性:指材料在外力作用下(如拉伸、冲击等)仅产生很小的变形即断裂破坏的性质。
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。
2、说明下列力学性能指标的意义。
答:(1)E(G)分别为拉伸杨氏模量和切边模量,统称为弹性模量表示产生 100%弹性变所需的应力。
(2)σr 规定残余伸长应力,试样卸除拉伸力后,其标距部分的残余伸长达到规定的原始标距百分比时的应力。
第4章土中应力一简答题1.何谓土中应力?它有哪些分类和用途?2.怎样简化土中应力计算模型?在工程中应注意哪些问题?3.地下水位的升降对土中自重应力有何影响?在工程实践中,有哪些问题应充分考虑其影响?4.基底压力分布的影响因素有哪些?简化直线分布的假设条件是什么?5.如何计算基底压力和基底附加压力?两者概念有何不同?6.土中附加应力的产生原因有哪些?在工程实用中应如何考虑?7.在工程中,如何考虑土中应力分布规律?二填空题1.土中应力按成因可分为和。
2.土中应力按土骨架和土中孔隙的分担作用可分为和。
3.地下水位下降则原水位出处的有效自重应力。
4.计算土的自重应力应从算起。
5.计算土的自重应力时,地下水位以下的重度应取。
三选择题1.建筑物基础作用于地基表面的压力,称为()。
(A)基底压力;(B)基底附加压力;(C)基底净反力;(D)附加应力2.在隔水层中计算土的自重应力c时,存在如下关系()。
(A) =静水压力(B) =总应力,且静水压力为零(C) =总应力,但静水压力大于零(D)=总应力—静水压力,且静水压力大于零3.当各土层中仅存在潜水而不存在毛细水和承压水时,在潜水位以下的土中自重应力为()。
(A)静水压力(B)总应力(C)有效应力,但不等于总应力(D)有效应力,但等于总应力4.地下水位长时间下降,会使()。
(A)地基中原水位以下的自重应力增加(B)地基中原水位以上的自重应力增加(C)地基土的抗剪强度减小(D)土中孔隙水压力增大5.通过土粒承受和传递的应力称为()。
(A)有效应力;(B)总应力;(C)附加应力;(D)孔隙水压力6.某场地表层为4m厚的粉质黏土,天然重度=18kN/m3,其下为饱和重度sat=19 kN/m3的很厚的黏土层,地下水位在地表下4m处,经计算地表以下2m处土的竖向自重应力为()。
(A)72kPa ; (B)36kPa ;(C)16kPa ;(D)38kPa7.同上题,地表以下5m处土的竖向自重应力为()。
应力腐蚀实例:实例1:北方一条公路下蒸气冷凝回流管原用碳钢制造,由于冷凝液的腐蚀发生破坏,便用304型不锈钢(0Cr18Ni9)管更换。
使用不到两年出现泄漏,检查管道外表面发生穿晶型应力腐蚀破裂。
答:在北方冬季公路上撒盐作防冻剂,盐渗入土壤使公路两侧的土壤中氯化钠的含量大大提高,而选材者却不了解没有对土壤腐蚀做过分析。
就决定更换不锈钢管。
将奥氏体不锈钢用在这种含有很多氯化钠的潮湿土壤中,不锈钢肯定表现不佳,也需还不如碳钢呢。
防护措施:实例2:某化工厂生产氯化钾的车间,一台SS-800型三足式离心机转鼓突然发生断裂,转鼓材质为1Cr18Ni9Ti。
经鉴定为应力腐蚀破裂。
(P224)答:在氯化钾生产中选用1cr18Ni9Ti 这种奥氏体不锈钢转鼓是不当的。
氯化钾溶液是通过离心机转鼓过滤的。
氯化钾浓度为28°Bé,氯离子含量远远超过了发生应力腐蚀破裂所需的临界氯离子的浓度,溶液pH 值在中性范围内。
加之设备间断运行,溶液与空气的氧气能充分接触,这就是奥氏体不锈钢发生应力腐蚀破裂提供特定的氯化物的环境。
保护措施:停用期间使之完全浸与水中,与空气隔离;定期冲洗去掉表面氯化物等,尽量减轻发生应力破裂的环境条件,以延长使用寿命,不过,发生这种转鼓断裂飞出的恶性事故可能有一定的偶然性,但这种普通的奥氏体不锈钢用于这种高浓度氯化物环境,即使不发生这种恶性事故,其寿命也不长,因为除应力腐蚀还有,孔蚀,缝隙腐蚀等。
实例3:CO2压缩机一段、二段和三段中间冷却器为304L(00Cr19Ni10)型不锈钢制造。
投产一年多相继发生泄漏。
经检查,裂纹主要发生在高温端水侧管子与管板结合部位。
所用冷却水含氯化物0.002%~0.004%。
(P225)答:这里考虑奥氏体不锈钢的氯化物溶液中的scc,冷却水中氯化物含量控制很低,但仍然发生了scc 破坏。
设备为热交换器,结构为管壳式。
工艺介质走管程,水走壳程,进行热交换。
设备防腐蚀的管理制度设备防腐蚀的管理制度在充满活力,日益开放的今天,制度使用的频率越来越高,制度泛指以规则或运作模式,规范个体行动的一种社会结构。
这些规则蕴含着社会的价值,其运行表彰着一个社会的秩序。
想必许多人都在为如何制定制度而烦恼吧,以下是小编收集整理的设备防腐蚀的管理制度,欢迎阅读与收藏。
设备防腐蚀的管理制度11、目的加强设备、管道的反腐管理,延长使用寿命。
2、反腐蚀管理范围2.1生产装置中受工艺介质腐蚀的设备、管道。
2.2厂区内受工业大气腐蚀的设备、管道。
2.3遭受循环水、冷却水腐蚀的设备、管道。
2.4遭受腐蚀的工业建筑、构筑物和设备基础。
3、管理分工3.1公司的反腐车间设专职的反腐蚀管理人员负责全公司的反腐蚀计划、技术管理。
3.2各车间主任对设备的反腐蚀管理负全面责任,由车间设备员组织具体工作。
3.3操作工严格遵守操作规程,严格控制工艺条件,防止设备的腐蚀,发现腐蚀损坏现象,及时报告。
3.4维修工进行设备拆装、检修、动火时要熟悉设备内的反腐蚀衬里性质,避免损坏。
3.5反腐车间是公司设备衬里和耐腐蚀非金属设备制造和施工单位。
3.5.1按公司作业计划,按时、按质完成全厂反腐蚀工程施工。
3.5.2负责编制、上报全公司反腐蚀材料的需用计划。
4、反腐蚀衬里施工4.1反腐蚀衬里材料要严格按技术标准选择。
4.2外协施工单位需要有施工许可证。
4.3合理制订反腐蚀施工工艺,严格质量管理。
4.4衬里施工后,需养生处理的,必须按工艺要求留够充足时间,达到养生处理合格。
5、运行与维护5.1严格按工艺条件使用,做到不超压、不超温、不超负荷、不随变改变介质的种类和浓度。
严禁随意排放腐蚀性介质,需要排放的,要采取措施,并经安全环保处同意。
6、设备检修6.1设备、管道、工业建(构)筑物的反腐蚀施工要结合大修理进行。
6.2设备大检修时尽可能不损坏反腐蚀衬里,如反腐蚀衬里受到损坏,检修后应予修复。
6.3设备、管道、建(构)筑物和设备基础表面刷油漆反腐,其颜色按标准规定执行。
应力腐蚀和晶间腐蚀的区别在不锈钢的问题上经常提到应力腐蚀和晶间腐蚀,他们的腐蚀到底有什么不同呢?如何区分呢?1、晶间腐蚀晶粒间界是结晶方向不同的晶粒间紊乱错合的界域,因而,它们是金属中各溶质元素偏析或金属化合物沉淀析出的有利区域。
在某些腐蚀介质中,晶粒间可能先行被腐蚀。
这种沿着材料晶粒间界先行发生腐蚀,使晶粒之间丧失结合力的局部破坏现象,称为晶间腐蚀。
特点是金属的外形尺寸几乎不变,大多数仍保持金属光泽,但金属的强度和延性下降,冷弯后表面出现裂缝,失去金属声,作断面金相检查时,可发现晶界或毗邻区域发生局部腐蚀,甚至晶粒脱落,腐蚀沿晶界发展推进较为均匀。
2、应力腐蚀金属材料在应力(拉应力)和腐蚀介质的联合作用下,经过一定时间后出现低于材料强度极限的脆性开裂现象,致使金属材料失效,这种现象称为应力腐蚀开裂。
特点是出现腐蚀裂缝甚至断裂,裂缝的起源点往往在点腐蚀小孔或腐蚀小坑的底部;裂缝扩展有沿晶间、穿晶粒和混合型三种,主裂缝通常垂直于应力方向,多半有分枝;裂缝端部尖锐,裂缝内壁及金属外表面的腐蚀程度通常很轻微,裂缝端部的扩张速度很快,断口具有脆性断裂的特征。
首先,试验方法不同,晶间腐蚀试验采用硫酸和硫酸铜,加热温度650℃左右;应力腐蚀试验采用沸腾氯化镁,加热到1025℃。
其次,试验目的不同,晶间腐蚀试验是考核沿晶界的局部腐蚀情况;应力腐蚀试验是考核表面裂纹所显示的应力承受水平。
其相同之处是,都是针对不锈钢的检验,都是当对检验结构有疑问时,采用金相检验予以确认。
晶间腐蚀:金属晶界区域的溶解速度远大于晶粒本体的溶解速度时,就会产生晶间腐蚀,产生原因主要是金属晶界区的物质同晶粒本体的电化学性质有差异(外在要具有适当的介质在该介质条件下足以显示出晶界物质同晶粒本体之间的电化学性质差异,而这种差异引起不等速溶解)。
当固溶处理后的奥氏体不锈在500~850温度范围内加热时过饱和的碳就要全部或部分地从奥氏体中析出,形成铬地碳化物,分布在晶界上,析出的碳化铬的含铬量比奥氏体基体的含铬量高得多,含铬量这样高的碳化晶界析出必然使碳化物附近的晶界区贫铬,形成贫铬区,贫铬区的电解密度比晶粒本体溶解电解密度大很多,从而使贫铬区优先溶解,产生晶间腐蚀。
《汽车机械基础》习题参考答案第4章金属材料的性能1.什么是金属的力学性能?根据载荷形式的不同,力学性能主要包括哪些指标?答:在外力作用下,材料所表现出来的一系列特性和抵抗破坏的能力称力学性能。
材料的力学性能指标分为强度、塑性、硬度,冲击韧性和疲劳强度等。
2.什么是弹性变形?什么是塑性变形?答:随着载荷的存在而产生、随着载荷的去除而消失的变形称为弹性变形。
载荷卸掉后形变不能恢复的变形称为塑性变形。
3.什么是强度?什么是塑性?衡量这两种性能的指标有哪些?各用什么符号表示?答:金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力称为强度。
根据载荷的不同,可分为抗拉强度b ,抗压强度bc、抗弯强度bb、抗剪强度b和抗扭强度t等几种。
断裂前金属材料产生永久变形的能力称为塑性,用延伸率和断面收缩率来表示。
4.什么是硬度?HBS、HBW、HRA、HRB、HRC各代表什么方法测出的硬度?答:材料抵抗另一硬物压入其内的能力叫硬度,即受压时抵抗局部塑性变形的能力。
HBS布氏硬度(当用淬火钢球压头时)、HBW布氏硬度(当用硬质合金球时);HRA、HRB、HRC都是洛氏硬度,只是压头以及总载荷不同:压头分别是金刚石圆锥、1/16”钢球、金刚石圆;总载荷分别为60kgf、100kgf、150kgf。
5.下列硬度的写法是否正确?HBS150、HRC140、HRC70、HRB10、HRA79、474HBWHBS150错,改为150HBSHRC140错,HRC硬度范围为20~67HRB10错,HRB硬度范围为25~100HRA79错,改为79HRA474HBW对6.下列各种工件一般应采用何种硬度试验方法来测定其硬度值?(1)锉刀;(2)黄铜轴套;(3)硬质合金刀片;(4)渗碳合金钢;(5)供应状态的各种碳钢钢材。
答:(1)锉刀:用HRC试验测定;(2)黄铜轴套:用HRB试验测定;(3)硬质合金刀片:用HRA试验测定;(4)渗碳合金钢;用HRA试验测定;(5)供应状态的各种碳钢钢材:用HB试验测定;7.什么是冲击韧性?用什么符号表示?答:材料抵抗冲击载荷作用的能力称为冲击韧性。
铁路客车车体腐蚀与防护发表时间:2019-04-26T17:17:16.767Z 来源:《基层建设》2019年第3期作者:张国栋马志会陈煜[导读] 摘要:铁路客车车辆腐蚀严重,影响着车辆的使用性能。
中车唐山机车车辆有限公司产品研发中心河北唐山 063035摘要:铁路客车车辆腐蚀严重,影响着车辆的使用性能。
本文对国内铁路客车的防腐蚀方法和技术做了简要介绍,阐述了铁路客车腐蚀的机理及影响因素,介绍了两种可能用作车体的两种新型材料和一项设计标准。
关键词:铁路客车;车体;腐蚀;防护1铁路客车车体用材铁路客车车体主要采用耐候钢。
车体是整车的主要承载部件,要求车体材料具有高的抗拉强度和大量的焊接,因此所用材料必须有较好的强度和焊接性能,同时车辆在国内全路运行,要求具备零下45℃环境中运行的能力,因此材料还得具备良好的耐低温性能。
耐候钢具有强度高,易于加工,塑韧性能好,有较好的低温冲击韧性,钢中含有微量的Cu、P等能提高钢材抗大气腐蚀的合金元素,使金属基体表面形成保护层,显著降低钢在大气环境下的腐蚀速度,而且对钢的淬硬性影响不大,其形成的焊接接头有良好的机械性能,常温下焊接无需预热与焊后热处理。
耐候钢热轧和冷轧钢板是车体的主要原材料。
2铁路客车车体腐蚀及影响因素2.1铁路客车车体腐蚀类型及机理铁路客车所处环境复杂,一般湿度较高并常含有各种污染物,车体作为整车的主要承载结构承受车辆静载及动载的作用,其腐蚀类型有应力腐蚀、化学腐蚀及电化学腐蚀。
(1)应力腐蚀在腐蚀性介质中,金属构件受静拉应力作用而产生延迟破坏的现象称为应力腐蚀破坏。
其特征为:几乎所有合金在特定的环境中都有某种应力腐蚀敏感性,拉应力越大腐蚀越快。
对于特定的金属其腐蚀介质是特定的,如低碳钢为Ca(NO3)2、NH4N03、NaOH,低合金钢为NaOH,高强度钢为NaCl、H2S等;应力腐蚀断裂是一种低应力脆性断裂,断裂时不产生宏观塑性变形。
车体是采用高强钢材,其应力腐蚀敏感性较高,易发生应力腐蚀断裂。
第⼀章腐蚀基本原理1、腐蚀原电池原电池是腐蚀原电池的基础。
腐蚀原电池的实质是⼀个短路的原电池。
腐蚀原电池的形成条件:阳极阴极电解质溶液电路。
阳极过程:⾦属溶解过程,以离⼦形式转⼊溶液,并把电⼦留在⾦属上,⼜称为氧化过程。
M M n+ + ne。
电⼦转移:在电路中电⼦由阳极流⾄阴极。
阴极过程:接受电⼦的还原过程。
腐蚀原电池⼯作所包含的三个基本过程既是互相独⽴、⼜是彼此联系的。
只要其中⼀个过程受到阻滞不能进⾏,则其他两个过程也将停⽌,⾦属腐蚀过程也就停⽌了。
①、析氢腐蚀②、吸氧腐蚀2、腐蚀原电池与⼀般原电池的⽐较:⼆者结构和原理⽆本质的区别。
腐蚀原电池是⼀种短路的原电池,有电流但不能利⽤,以热的形式散失,其直接结果是造成了⾦属的腐蚀。
3、宏电池:⽤⾁眼能明显看到的由不同电极所组成的腐蚀原电池。
形成条件分类:电偶腐蚀电池:不同⾦属与同⼀电解溶液接触,如钢管本体⾦属与焊缝⾦属,镀锌钢管与黄铜阀。
浓差电池:同⼀⾦属不同部位接触不同的电解质。
造成不同区域电位不同,可分为氧浓差电池和盐浓差电池。
温差电池:同⼀⾦属在同⼀电解质溶液中,由于各部位温度不同⽽构成的腐蚀电池。
如换热器。
4、微电池:由⾦属表⾯上许多微⼩的电极所组成的腐蚀原电池叫微电池。
形成微电池的基本原因:⾦属化学成分的不均匀性;⾦属组织的不均匀:晶粒晶界的电位不同;⾦属物理状态不均匀:变形和应⼒不均匀;⾦属表⾯膜的不均匀;⼟壤微结构的差异。
5、电极:电⼦导体(⾦属)与离⼦导体(液、固电解质)接触,并且有电荷在两相之间迁移⽽发⽣氧化还原反应的体系,称为电极。
电极反应:在电极与溶液界⾯上的进⾏的电化学反应称为电极反应。
双电层:当⾦属浸⼊电解质溶液中时,其表⾯离⼦与溶液中的离⼦相互作⽤,使界⾯处⾦属和溶液分别带异电荷,即双电层(electrostatic double layer, double electrode layer)。
电极电位:双电层两侧的电位差,即⾦属与溶液之间的电位差称为电极电位。