进入网络实验室,环境介质作用下的金属力学性能,在特定外界条件下工作的机件，虽然所受应力低于材料屈服强度，但服役一定时间后，也可能发生突然脆断。这种与时间有关的低应力脆断称为延滞断裂。,外界条件可以是应力，如交变应力；也可以是环境介质，如腐蚀介质、氢气氛或热作用等。,由交变应力引起的延滞断裂，就是疲劳断裂；,而在静载荷与环境联合作用下引起的延滞断裂，叫做静载延迟断裂，或称静疲劳；,如果在腐蚀介质中承受交变应力作用，那么产生腐蚀疲劳。,(一)应力腐蚀现象,Stress Corrosion Cracking,由拉伸应力和腐蚀介质联合作用而引起的低应力脆性断裂称为应力腐蚀常用英文的三个字头SCC表示。,一.应力腐蚀现象及其特征,第一节 应力腐蚀断裂,应力腐蚀的介质-特定,黄铜-氨气氛,不锈钢-氯离子的腐蚀介质,1只有在拉伸应力作用下才能引起应力腐蚀开裂。,2产生应力腐蚀的环境总是存在腐蚀介质，这种腐蚀介质一般 都很弱，如果没有拉应力的同时作用，材料在这种介质中腐蚀速度很慢。,应力腐蚀断裂的特定的条件：,合金,腐蚀介质,碳钢,荷性钠溶液，氯溶液，硝酸盐水溶液，H,2,S水溶液，海水，海洋大气与工业大气,奥氏体不锈钢,氯化物水溶液，海水，海洋大气，高温水，潮湿空气（湿度90%），热NaCl，H,2,S水溶液，严重污染的工业大气,马氏体不锈钢,氯化的，海水，工业大气，酸性硫化物,航空用高强度钢,海洋大气，氯化物，硫酸，硝酸，磷酸,铜合金,水蒸汽，湿H,2,S，氨溶液,铝合金,湿空气，NaCl水溶液，海水，工业大气，海洋大气,表10-1 合金产生应力腐蚀的特定腐蚀介质,3应力腐蚀的裂纹扩展一般在,10-9-10-6m/s,，象疲劳。,亚临界扩展,-,临界尺寸,-,突然断裂,二应力腐蚀断口特征,应力腐蚀断裂也是通过,裂纹形成,和,裂纹扩展,这两个过程.,一般认为,裂纹形成约占全部时间的,90%,左右.,裂纹扩展仅占,10%,左右。,应力腐蚀断裂可以是,沿晶断裂,，也可以是,穿晶断裂,。,取决于合金成分及腐蚀介质.,应力腐蚀的断口，其宏观形貌属于,脆性断裂,，有时带有少量塑性撕裂痕迹。裂纹源可能有几个，但往往是位于垂直主应力面上的那个裂纹源才引起断裂。,其裂纹源及亚稳扩展区常呈黑色或灰黑色，,失稳扩展区的断口常有放射把戏或人字纹,光亮色。,二,断裂力学在应力腐蚀中的应用,应力腐蚀断裂,是一种与时间有关的,延滞断裂,。,用裂纹扩展速率,da/dt,来描述应力腐蚀裂纹的,亚临界扩展,。,当裂纹前端的应力场强度因子,K,I,大于,材料的,K,I,SCC,时，,材料,就可能产生应力腐蚀开裂而,导致破坏,，其开裂判据为：,式中,K,I,裂纹尖端应力场强度因子，公斤力/毫米,3/2,；,K,I,SCC,应力腐蚀临界应力场强度因子，公斤力/毫米,3/2,；,断裂抗力，公斤力/毫米,3/2,裂纹的半长度，毫米,Y,裂纹形状系数。,或,一KISCC的概念,当K1降低到某一定值后，材料就不会由于应力腐蚀而发生断裂即材料有无限寿命，此时的K1就叫做应力腐蚀临界应力场强度因子，并以KISCC表示。,在,lg(,da/dt),-,K,1,的坐标上，其关系如图,(,p167,),，曲线一般可分成三段。,二应力腐蚀裂纹扩展速率,当裂纹前端的,K,I,K,ISCC,时，裂纹就会随时间而长大。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，实验证明，,da/dt,和裂纹前端的应力场强度因子有关。即,由于制造武器的需要，在15世纪就已经出现了水力驱动的炮筒镗床。1769年J.瓦特取得实用蒸汽机专利后，汽缸的加工精度就成了蒸汽机的关键,问题。1774年英国人J.威尔金森创造炮筒镗床，次年用于为瓦特蒸汽机加工汽缸体。1776年他又制造了一台较为精确的汽缸镗床。1880年前后，在德,国开始生产带前后立柱和工作台的卧式镗床。为适应特大、特重工件的加工，20世纪30年代开展了落地镗床。随着铣削工作量的增加，50年代出现了,落地镗铣床。20世纪初，由于钟表仪器制造业的开展，需要加工孔距误差较小的设备，在瑞士出现了坐标镗床。为了提高镗床的定位精度，已广泛采,用光学读数头或数字显示装置。有些镗床还采用数字控制系统实现坐标定位和加工过程自动化。,编辑本段结构及特点,1、以箱体零件同轴孔系为代表的长孔镗削，是金属切削加工中最重要的内容之一。尽管现在仍有采用镗模、导套、台式铣镗床后立柱支承长镗杆,或人工找正工件回转180等方法实施长孔镗削的实例，但近些年来，一方面由于数控铣镗床和加工中心大量使用，使各类卧式铣镗床的坐标定位精度,和工作台回转分度精度有了较大提高，长孔镗削逐渐被高效的工作台回转180自定位的调头镗孔另一方面形床身布局之普通或数控刨台式铣镗床的大,量生产和应用，从机床结构上使工作台回转180自定位的调头镗孔，几乎成为在该种机床上镗削长孔的唯一方法。2、立柱送进调头镗孔的同轴,度误差及其补偿 影响铣镗床调头镗孔同轴度的主要因素与台式铣镗床一样，也是工作台回转180调头的分度误差da和为使调头前已镗成的半个,长孔d1轴线，在调头后再次与镗轴轴线重合而镗削长孔之另一半孔d2，所需工作台横x向移动Lx=2lx的定位误差dx2。而且工作台回转180前后，,台面在xy坐标平面内产生的倾角误差df，在yz平面内产生的倾角误差dy及在y向产生的平移误差dy，也同样是刨台式铣镗床调头镗孔同轴度的重要影响,因素。但镗轴轴线空间位置对调头镗孔同轴度的影响，通常用立柱送进完成孔全长镗削的刨台式铣镗床，与通常用工作台纵移送进的台式铣镗床有明,显的不同。3、镗轴送进时立柱纵向位置的合理确定 当碰到特定情况，铣镗床必须把立柱固定在纵向床身上的一个适宜位置，而用镗轴带着,刀具伸出作为镗孔的送进形式时，镗轴轴线与被镗孔名义轴线在xz平面内的交角误差db，在yz平面内的交角误差dg，与台式铣镗床一样，对调头镗孔,的同轴度都有重要的影响，并且随着镗轴送进长度的增加，镗轴自重引起之镗杆下挠变形，也对调头镗孔的同轴度产生较大影响。与台式铣镗床所不,同的是，刨台式铣镗床的镗轴伸出镗孔时，可纵向移动的立柱必须固置在纵床身上一个确定的位置，并且重要的是这个确定位置可以且应该被选择。,4、镗床上刀具位置的合理确定 在镗床上采用立柱送进调头镗孔时，装夹在镗轴之刀杆上的镗刀，其沿Z向的合理位置，一方面要满足刀尖回,转中心至主轴箱前端面的距离稍大于孔全长的一半再小将不能把长孔镗通，过大那么镗轴刚度下降；另一方面还要满足把刀具刀尖的回转中心，置,于镗轴轴线与立柱纵移线的交点O上等等。,编辑本段加工特点,加工过程中工件不动，让刀具移动，将刀具中心对正孔中心，并使刀具转动(主运动)。,编辑本段镗床的分类按结构和被加工对象分,卧式镗床,卧式镗床是镗床中应用最广泛的一种。它主要是孔加工，镗孔精度可达IT7，外表粗糙度Ra值为1.6-0.8um.卧式镗床的主参数为主轴直径。卧式,镗床,镗轴水平布置并做轴向进给，主轴箱沿前立柱导轨垂直移动，工作台做纵向或横向移动，进行镗削加工。这种机床应用广泛且比较经济，它主要用于,箱体(或支架)类零件的孔加工及其与孔有关的其他加工面加工。,坐标镗床,坐标镗床是高精度机床的一种。它的结构特点是有坐标位置的精密测量装置。坐标镗床可分为单柱式坐标镗床、双柱式坐标镗床和卧式坐标镗床,。具 163b型单柱坐标镗床,有精密坐标定位装置的镗床，它主要用于镗削尺寸、形状、特别是位置精度要求较高的孔系，也可用于精密坐标测量、样板划线、刻度等工作。,单柱式坐标镗床：主轴带动刀具作旋转主运动，主轴套筒沿轴向作进给运动。特点：结构简单，操作方便，特别适宜加工板状零件的精密孔，但它的,刚性较差，所以这种结构只适用于中小型坐标镗床。双柱式坐标镗床：主轴上安装刀具作主运动，工件安装在工作台上随工作台沿床身导轨作纵,向直线移动。它的刚性较好，目前大型坐标镗床都采用这种结构。双柱式坐标镗床的主参数为工作台面宽度。卧式坐标镗床：工作台能在水平面,内做旋转运动，进给运动可以由工作台纵向移动或主轴轴向移动来实现。它的加工精度较高。,金刚镗床,特点是以很小的进给量和很高的切削速度进行加工，因而加工 金刚镗床,的工件具有较高的尺寸精度IT6，外表粗糙度可到达0.2微米。用金刚石或硬质合金等刀具，进行精密镗孔的镗床。,深孔钻镗床,精品课件文档,本文档下载后可以修改编辑，欢送下载收藏。,第阶段，当:KIKIscc时，裂纹经过一段孕育期后突然加速扩展，da/dt与KI的关系曲线几乎与纵坐标轴平行。,第阶段，曲线出现水平段，da/dt与KI几乎无关，因为这一阶段裂纹尖端变钝，裂纹扩展主要受电化学过程控制。,第阶段，裂纹长度已接近临界尺寸，da/dt又明显地依赖KI，da/dt 随KI而增加而增大，这是材料走向快速扩展的过渡区，当KI到达K1c时，便发生失稳扩展，材料断裂。,保护膜破坏机理,滑移膜破阳极溶解再钝化,三,应力腐蚀断裂机理,二改变介质条件,三选用适宜的合金材料,四采用电化学保护,四 预防机件应力腐蚀断裂的措施,一降低应力,金属材料由于受到含氢气氛的作用而引起的断裂，统称为,氢脆断裂,或,氢致开裂,。,一 氢脆的类型及特征,一内部氢脆与环境氢脆,氢脆可分成两大类：,第一类为,内部氢脆,，它是由于金属材料在冶炼、锻造、焊接或电镀、酸洗过程中吸收了过量的氢气而造成的；,第二类氢脆称为,环境氢脆,，它是在应力和氢气氛或其它含氢介质的联合作用下引起的一种脆性断裂，如贮氢的压力容器中出现的高压氢脆。,第二节 氢 脆,二氢脆断口特征,白点又有两种类型：,一种是在钢件中观察到纵向发裂，在其断口上那么呈现白点。这类白点多呈圆形或椭圆形，而且轮廓清楚，外表光亮呈银白色，所以又叫做“雪斑或发裂白点，这种白点实际上就是一种内部微细裂纹。,另一种白点呈鱼眼型，它往往是某些以材料内部的宏观缺陷如气孔、夹渣等为核心的银白色斑点，其形状多数为圆形或椭圆形。,内部氢脆断口往往出现“白点。,三环境氢脆的特征,在氢气氛作用下，材料发生延滞断裂的时间与应力场强度因子KI之间的关系如以下图所示。随KI值降低，断裂时间延长；当K1降低到某一临界值Kth时，材料便不会产生断裂，临界值Kth就叫门槛值。,一氢压模型,在裂纹或缺口尖端的三向应力区内，形成了很多微孔核心，氢原子在应力作用下向这些核心扩散，并且结合成氢分子，由于微孔核心很小，只要有很少的氢气应可产生相当大的压力。这种内压力大到足以通过塑性变形或解理断裂使裂纹长大或使微孔长大、连接，最后引起材料过早断裂。,二 氢脆机理,二减聚力氢脆模型,减聚力氢脆模型又称晶格脆化模型，是由,Troiano,首先提出的，其要点是高浓度的固溶氢，可以降低晶界上或相界上金属晶体的原子间结合力。而局部地区的张应力，又通过间隙原子间的化学势及应力状态间的热力学平衡关系促使氢原子富集。这种富集区可能是低塑性材料内部的裂纹尖端处，或是位错塞积处，滑移带交叉处和塑性形不协调处。,四 腐蚀疲劳,腐蚀疲劳特点,材料或零件在交变应力和腐蚀介质的共同作用下造成的失效叫做,腐蚀疲劳,。,腐蚀疲劳,和,应力疲劳,相比，主要有以下不同点：,三 应力腐蚀开裂和氢脆的关系,应力腐蚀和氢脆的关系十分密切，除内部氢脆白点外，通常应力腐蚀总是伴有氢脆，它们总是共同存在的。一般很难严格地区分到底是应力腐蚀，还是氢脆造成的断裂。,应力腐蚀是在特定的材料与介质组合下才发生的，而腐蚀疲劳却没有这个限制，它在任何介质中均会出现。,对应力腐蚀来说，有一临界应力强度因子,K,I,SCC,，,这是材料固有的性能，当外加应力强度因子,K,I,K,I,SCC,，,材料不会发生应力腐蚀裂纹扩展。但对腐蚀疲劳，即使,K,I,K,I,SCC,，,疲劳裂纹仍旧会扩展。,应力腐蚀破坏时，只有一两个主裂纹，主裂纹上有分支小裂纹，而腐蚀疲劳裂纹源有多处，裂纹没有分支。,在一定的介质中，应力腐蚀裂纹尖端的溶液酸度是较高的，总是高于整体环境的平均值。,腐蚀疲劳,和,应力疲劳,相比，主要有以下不同点：,本