发布时间 : 星期五 文章武汉理工大学材料科学基础课后习题和答案更新完毕开始阅读513291f00812a21614791711cc7931b764ce7b74
(1) 加热温度与时间 (2) 合金成分
不锈钢中除了主要成分Cr、Ni C外,还含有Mo、Ti、Nb 等合金元素。它们对晶间腐蚀的作用如下：
① 碳：奥氏体不锈钢中碳量愈高,晶界腐蚀倾向愈严重,导致晶间腐蚀碳的临界浓度为%(质量分数) 。
② 铬：能提高不锈钢耐晶界腐蚀的稳定性。当铬含量较高时,允许增加钢中含碳量。例如,当不锈钢中铬的质量分数从18％提高到22％时,碳的质量分数允许从％增加到 ％。 ③ 镍：增加不锈钢晶界腐蚀敏感性。可能与镍降低碳在奥氏体钢中的溶解度有关。 ④ 钛、铌：都是强碳化物生成元素,高温时能形成稳定的碳化物TiC及NbC,减少了碳在回火时的析出,从而防止了铬的贫化。
6 简述应力腐蚀的机理及减少应力腐蚀的措施。 应力腐蚀机理的主要理论有： (1)阳极快速溶解理论
何尔(Hoar)和希纳斯(Hines)首先提出阳极快速溶解理论。该理论认为裂纹一旦形成,裂纹尖端的应力集中导致裂纹尖端前沿区发生迅速屈服,晶体内位错沿着滑移面连续地到达裂纹尖端前沿表面,产生大量瞬间活性溶解质点,导致裂纹尖端(阳极)快速溶解。 (2) 闭塞电池理论
该理论认为,在已存在的阳极溶解的活化通道上,腐蚀优先沿着这些通道进行。在应力协同作用下,闭塞电池腐蚀所引发的腐蚀孔扩展为裂纹,产生SCC。这种闭塞电池作用与孔腐蚀相似,也是一个自催化的腐蚀过程,在拉应力作用下使裂纹不断扩展,直至断裂。 (3)膜破裂理论（滑移-溶解理论）
该理论认为,金属表面是由钝化膜覆盖,并不直接与介质接触。在应力或活性离子(Cl-)的作用下易引起钝化膜破裂,露出活性的金属表面。介质沿着某一择优途径浸入并溶解活性金属,最终导致应力腐蚀断裂。
防止或减轻应力腐蚀的措施主要有：
① 合理选材 尽量避免金属或合金在易发生应力腐蚀的环境介质中使用。
② 控制应力 在制造和装配金属构件时,应尽量使结构具有最小的应力集中系数,并使与介质接触的部分具有最小的残余应力。参余应力往往是引起SCC的主要原因,热处理退火可消除残余应力。 ③ 改变环境 通过除气、脱氧、除去矿物质等方法可除去环境中危害较大的介质组分。还可通
过控制温度、pH值,添加适量的缓蚀剂等,达到改变环境的目的。
④ 电化学保护金属（合金)发生SCC与电位有关,可通过电化学保护使金属离开SCC敏感区,从而抑制SCC 。
⑤ 涂层好的镀层(涂层)可使金属表面和环境隔离开,从而避免产生SCC。 7 试述硅酸盐材料的腐蚀机理及影响腐蚀的因素。
无机非金属材料除石墨以外,在与电解质溶液接触时不像金属那样形成原电池,故其腐蚀不是由电化学过程引起的,而往往是由于化学作用或物理作用所引起。 除熔融制品(如玻璃、铸石) 外,陶瓷材料结构中或多或少地含有一定的孔隙。孔隙会降低材料的耐腐蚀性,因为孔隙的存在会使材料接触介质的面积增大,腐蚀不仅可发生在表面上而且也发生在材料内部,使得侵蚀作用明显增强。当化学反应生成物出现结晶时还会造成物理性能的破坏,例如制碱车间的水泥地面,当间歇地受到苛性钠溶液的浸润时,由于渗透到孔隙中的苛性钠吸收二氧化碳后变成含水碳酸盐结晶,体积增大,在水泥内部膨胀,使材料产生内应力破坏。
当孔隙为闭孔时,受腐蚀性介质的影响要比开口的孔隙小。而当孔隙为开口时,腐蚀性液体容易透入材料内部。
无机非金属材料的耐蚀性还与其结构有关。晶体结构的耐腐蚀性较无定型结构高。例如二氧化硅处于结晶状态时,虽属耐酸材料但也有一定的耐碱性。而无定形的二氧化硅就易溶于碱溶液中。具有晶体结构的熔铸辉绿岩也是如此,它比同一组成的无定形化合物具有更高的化学稳定性。 8 玻璃的腐蚀有哪几种形式? 简要说明之。
玻璃材料的腐蚀主要由含水介质的作用而引起的。大气条件下,被称为风化的玻璃腐蚀基本上是由水蒸气所造成的。风化的机理有两种,一种是蒸发,一种是携带与其反应的任何产物从表面流聚到一点。
9 混凝土的腐蚀有哪几种形式? 简要说明之。
10 以Al2O3/SiC复合材料为例说明陶瓷基复合材料的氧化行为。 11 什么是高分子材料的腐蚀?有何主要表现？
高分子材料在加工、储存和使用过程中,由于内外因素的综合作用,其物理化学性能和机械性能逐渐变坏,以至最后丧失使用价值,这种现象称为高分子材料的腐蚀,亦称为老化。老化主要表现在：（1）外观的变化：出现污渍、斑点、银纹、裂缝、喷霜、粉化及光泽、颜色的变化；(2) 物理性能的变化：包括溶解性、溶胀性、流变性能,以及耐寒、耐热、透水、透气等性能的变化；(3) 力学性能的变化：如抗张强度、弯曲强度、抗冲击强度等的变化；(4) 电性能的变化：如绝缘电阻、电击穿强度、介电常数等的变化。
12 何为高分子材料的物理老化,其特点是什么? 物理老化对性能有何影响？
高聚物的物理老化仅指由于物理作用而发生的可逆性的变化,不涉及分子结构的改变。由于玻璃态高聚物多数处于非平衡态,其凝聚态结构是不稳定的。这种不稳定结构在玻璃化转变温度Tg以下存放过程中会逐渐趋向稳定的平衡态,从而引起高聚物材料的物理力学性能随存放或使用时间而变化,这种现象被称为物理老化或“存放效应” 。物理老化是玻璃态高聚物通过小区域链段的微布朗运动使其凝聚态结构从非平衡态向平衡态过渡的弛豫过程,因此与存放的温度有关。在可观察的时标内,它发生在高聚物玻璃化转变温度Tg和次级转变温度TB之间,所以又称为Tg以下的退火效应。
第十二章 疲劳与断裂
1 解释下列概念
疲劳 低温疲劳 热疲劳 韧 - 脆转化温度 氢致断裂 疲劳强度 蠕变强度 2 试述疲劳失效的特点。 3 分析材料高温下的失效方式。 4 简述氢脆的类型。 5 试述氢致开裂机理。
答案
1 解释系列概念：疲劳、低温疲劳、热疲劳、韧－脆转化温度、氢致断裂、疲劳强度、蠕变强度 解：疲劳是指材料或构件在交变应力(应变)作用下发生的破坏。
低温疲劳是指在室温以下工作的材料或构件所发生的疲劳破坏现象。目前还没有关于低温疲劳的确切定义。
热疲劳是指由于温度的变化形成的变动热应力引起的疲劳。
韧－脆转化温度是指材料 由韧性断裂转变为脆性断裂的温度TK,也称为冷脆转化温度。 氢致断裂是指材料由于受到含氢气氛的作用而引起的断裂,也称为氢脆断裂,简称氢脆。 疲劳强度一般称为疲劳极限,它是疲劳曲线水平部分所对应的应力,表示材料经受无限多次应力循环而不断裂的最大应力。
蠕变强度一般称为蠕变极限,它是高温长时期载荷下材料对变形的抗力指标,有两种表征方法：一种是在给定温度下,规定时间内产生一定蠕变总量的应力值,以 (MPa)表示；另一种是在一定温度下,产生规定的稳态蠕变速率的应力值,以 (MPa)表示。 2 试述疲劳失效的特点。
解：疲劳断裂与静载荷作用下的断裂不同,有其本身的特点：
(1) 疲劳断裂表现为低应力下的破坏断裂。
(2) 疲劳破坏宏观上无塑性变形,具有更大的危险性。 (3) 疲劳是与时间有关的一种失效方式,具有多阶段性。
(4) 与单向静载断裂相比,疲劳失效对材料的微观组织和缺陷更加敏感。 (5) 疲劳失效受载荷历程的影响。 3 分析材料高温下的失效方式。
解：材料高温下的失效方式主要有三种：
(1) 在载荷持续作用下的蠕变和蠕变损伤。 (2) 温度反复急剧变化引起的热疲劳。
(3) 高温氧化、腐蚀以及与时间有关的高周和低周疲劳损伤。 4 简述氢脆的类型。 解：氢脆主要有以下几类：
(1) 氢压裂纹。氢压裂纹包括钢中白点、H2S浸泡裂纹、焊接冷裂纹以及高逸度充氢时产生的微裂纹。
(2) 氢致化学变化导致的氢脆——氢腐蚀。
(3) 氢致相变导致的氢脆。包括氢化物析出导致氢脆和氢致马氏体相变导致氢脆两种情况。 (4) 可逆氢脆。指固溶的氢在拉伸过程中通过扩散和富集导致材料塑性下降的现象。 (5) 氢致滞后断裂。指在恒载荷(或恒位移)条件下,原子氢通过应力诱导扩散、富集,到临界值后就引起氢致裂纹形核、扩展,从而导致低应力断裂的现象。 5 试述氢致开裂机理。
解：长期以来,人们对氢脆机理进行了大量研究,并提出了多种理论。但是,由于氢对钢的性能影响十分复杂,而且氢脆过程的一些重要参数缺乏精确的测试手段,所以对氢脆机理的看法仍然存在分歧。目前比较看好以下几种理论：
(1) 氢压理论。在H2气环境中H2分解为H原子进入金属中,其浓度CH和成正比。反过来,如果溶解在金属中的H进入某些特殊区域(如夹杂或第二相界面、空位团)就会复合成H2,即2HH2,这时该处的H2气压力P就和CH成正比。当局部区城CH很高,则压力很大,若该压力超过了原子键合力σth,就会使局部地区的原于键断裂而形成微裂纹。
(2) 氢降低原子键合力理论。认为,当局部应力集中σyy等于原子键合力σth时,原于键就破裂,从而微裂纹形核；而固溶的原于氢能使原于键合力从σth降为σth(H)。这就是说,使氢致微裂纹形核所需的局部应力集中将从σyy＝σth降低为σyy(H) ＝σth(H)。这样一来就会使造成局部应力集中所
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