金屬腐蝕顯微組織圖譜

本書(shū)共15章:第1章簡(jiǎn)要介紹金屬腐蝕及其表征分析方法等相關(guān)知識(shí);第2章~第12章介紹大氣腐蝕、液態(tài)金屬腐蝕、微生物腐蝕與海生物污損、沖刷腐蝕、脫成分腐蝕、空泡腐蝕、氫損傷、應(yīng)力腐蝕、腐蝕疲勞、金屬引起的脆性和表面保護(hù)膜的腐蝕破壞;第13章介紹金屬氧化物陽(yáng)極的組織與損傷;第14章介紹點(diǎn)蝕、海水腐蝕及其他腐蝕;第15章介紹典型失效分析案例。本書(shū)適宜于從事材料科學(xué)和材料工程的科技工作者，以及從事腐蝕與防護(hù)工作的工程技術(shù)人員閱讀。

第1章 緒論 001

1.1 金屬材料的腐蝕 001

1.2 金屬腐蝕顯微組織研究方法 002

1.2.1 光學(xué)顯微術(shù) 002

1.2.2 掃描電子顯微鏡(SEM) 012

1.2.3 X射線能譜儀(EDS) 020

1.2.4 背散射電子衍射(EBSD) 022

1.2.5 表面分析技術(shù) 028

1.2.6 掃描探針顯微鏡(SPM) 033

1.2.7 拉曼光譜和紅外光譜 034

1.3 金屬腐蝕失效的分析程序 035

1.3.1 對(duì)程序中要點(diǎn)的說(shuō)明 035

1.3.2 腐蝕產(chǎn)物分析 037

附錄 040

附錄1.1 本書(shū)所使用的彩色金相侵蝕方法表 040

附錄1.2 常用斷口化學(xué)清洗劑表 041

附錄1.3 常用清洗斷口的電解液表 042

參考文獻(xiàn) 042

第2章 大氣腐蝕 045

2.1 大氣(氧)腐蝕問(wèn)題 045

2.2 大氣腐蝕的分類 045

2.3 金屬大氣腐蝕機(jī)理 046

2.3.1 鋼在大氣中的腐蝕機(jī)理 046

2.3.2 銅的大氣腐蝕 049

2.3.3 鋁及其鋁合金的大氣腐蝕-剝蝕 049

2.4 大氣腐蝕圖譜 050

2.4.1 鋼鐵的大氣腐蝕 050

2.4.2 銅合金的大氣腐蝕 0542.4.3 鋁合金的剝蝕 061

參考文獻(xiàn) 072

第3章 金屬的液態(tài)金屬腐蝕 073

3.1 液體金屬腐蝕 073

3.2 液體金屬腐蝕機(jī)理 073

3.3 高溫合金的液態(tài)鋰腐蝕圖譜 074

3.3.1 Ni-37%Cr-11%Al-1%Y高溫合金在液態(tài)鋰中的腐蝕 074

3.3.2 高溫合金GH3030(GH30) 在液態(tài)鋰中的腐蝕 075

3.3.3 高溫合金GH4037(GH37) 在液態(tài)鋰中的腐蝕 077

3.3.4 K438高溫合金在液態(tài)鋰中的腐蝕 079

3.3.5 高溫合金GH4049(GH49) 在液態(tài)鋰中的腐蝕 079

參考文獻(xiàn) 080

第4章 微生物腐蝕與海洋生物污損 081

4.1 微生物 081

4.2 微生物腐蝕的機(jī)理 084

4.2.1 微生物膜的形成 084

4.2.2 酸的形成 087

4.2.3 沉積膜下的腐蝕 087

4.2.4 腐蝕產(chǎn)物中合金元素化合價(jià)態(tài)變化 089

4.3 海生物污損 094

4.4 部分船舶材料微生物腐蝕形貌圖譜 094

4.4.1 鋁青銅 094

4.4.2 CrMoV奧氏體不銹鋼 095

4.4.3 部分船用材料的硫酸鹽還原菌(SRB)腐蝕形貌 099

4.5 海生物污損圖譜 113

參考文獻(xiàn) 119

第5章 沖刷腐蝕(沖蝕) 121

5.1 沖刷腐蝕概述 121

5.2 沖刷腐蝕的機(jī)理 122

5.3 沖蝕坑內(nèi)表面納米晶 124

5.4 沖刷腐蝕的影響因素 126

5.5 金屬?zèng)_刷腐蝕圖譜 127

5.5.1 銅合金的沖刷腐蝕 127

5.5.2 鋼的沖刷腐蝕 129

5.5.3 船用海水冷卻系統(tǒng)紫銅管道的沖刷腐蝕 131

參考文獻(xiàn) 141

第6章 脫成分腐蝕 143

6.1 脫成分腐蝕現(xiàn)象 143

XI

6.2 脫成分腐蝕機(jī)理 143

6.3 脫成分腐蝕圖譜 145

6.3.1 紫銅管黃銅補(bǔ)焊焊縫的脫鋅腐蝕 145

6.3.2 船用B30銅鎳合金管的脫成分腐蝕 150

6.3.3 船用冷卻系統(tǒng)黃銅管的脫成分腐蝕 152

6.3.4 Mn-Cu阻尼合金的脫成分腐蝕 153

6.3.5 銅合金在其他工業(yè)領(lǐng)域的脫成分腐蝕 153

參考文獻(xiàn) 154

第7章 空泡腐蝕(空蝕) 155

7.1 空泡腐蝕概述 155

7.2 空泡腐蝕的一般規(guī)律 156

7.3 空泡腐蝕機(jī)理與沖擊表面的形貌 157

7.3.1 空泡腐蝕機(jī)理 157

7.3.2 空泡腐蝕表面的形貌 160

7.3.3 抗空泡腐蝕材料的選材原則 161

7.4 相關(guān)材料空泡腐蝕圖譜 161

7.4.1 銅合金磁致伸縮空泡腐蝕損傷過(guò)程觀察 161

7.4.2 轉(zhuǎn)盤(pán)空泡腐蝕試驗(yàn) 167

7.4.3 水下噴射空泡腐蝕試驗(yàn)樣品的電鏡觀察 171

7.4.4 空泡腐蝕樣品橫截面一些特殊現(xiàn)象 174

7.4.5 空泡腐蝕表面的透射電鏡觀察:非晶與納米晶 177

參考文獻(xiàn) 184

第8章 金屬材料的氫損傷 185

8.1 金屬的氫損傷 185

8.2 氫損傷的類型 186

8.3 金屬中氫的來(lái)源 189

8.4 氫損傷機(jī)理及應(yīng)力對(duì)其影響 191

8.4.1 氫損傷機(jī)理 191

8.4.2 應(yīng)力對(duì)氫脆的影響 193

8.5 幾種材料的氫損傷說(shuō)明 193

8.6 氫脆斷口特征 195

8.7 材料氫損傷圖譜 197

8.7.1 氫脆(白)點(diǎn)的斷口特征 197

8.7.2 船體鋼焊縫中的白點(diǎn)斷口 199

8.7.3 電鍍件氫脆 202

8.7.4 鋼制品的延遲開(kāi)裂 205

8.7.5 銅合金氫損傷斷口 206

8.7.6 雙相鋼的氫損傷 207

8.7.7 鈦化氫引起的氫脆 210

8.8 與環(huán)境斷裂相關(guān)的斷裂學(xué) 213

參考文獻(xiàn) 215

第9章 應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂 217

9.1 應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂 217

9.2 應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的機(jī)理 218

9.2.1 應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂裂紋萌生機(jī)理 218

9.2.2 應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂裂紋的長(zhǎng)大(擴(kuò)展)機(jī)理 219

9.3 應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的類型 222

9.4 應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂圖譜 222

9.4.1 不銹鋼的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂 222

9.4.2 合金鋼的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂 229

9.4.3 鈦合金的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂 231

9.4.4 銅合金的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂 233

參考文獻(xiàn) 235

第10章 腐蝕疲勞 237

10.1 腐蝕疲勞概述 237

10.2 腐蝕疲勞裂紋的萌生條件與萌生機(jī)理 238

10.3 腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展機(jī)理 240

10.4 腐蝕疲勞的特征 240

10.4.1 腐蝕疲勞斷口的特征 240

10.4.2 腐蝕疲勞與應(yīng)力腐蝕的關(guān)系 241

10.5 腐蝕疲勞斷口圖譜 242

10.5.1 Fe-6Ni船用鋼等的腐蝕疲勞斷口 242

10.5.2 黃銅等合金的腐蝕疲勞斷口 244

10.5.3 不銹鋼波紋管的腐蝕疲勞 245

10.5.4 高強(qiáng)耐蝕銅合金的腐蝕疲勞斷口 249

10.5.5 鈦合金的腐蝕疲勞 251

參考文獻(xiàn) 252

第11章 金屬引起的材料脆性 253

11.1 現(xiàn)象簡(jiǎn)介 253

11.2 引起材料脆性的環(huán)境 253

11.3 脆化源 254

11.4 液態(tài)金屬和固態(tài)金屬致金屬材料脆性的機(jī)理 254

11.4.1 液態(tài)金屬致脆性的機(jī)理 254

11.4.2 固態(tài)金屬致脆的機(jī)理 257

11.5 對(duì)脆性敏感性的影響因素 257

11.5.1 合金強(qiáng)度、成分和顯微組織 257

11.5.2 溫度 257

11.5.3 樣品幾何尺寸、應(yīng)力模式和應(yīng)變速率 257

11.6 LME/SMIE的金相和斷口表征 257

11.7 斷后脆性金屬的檢測(cè) 258

11.8 MIE與HE/SCC之間的區(qū)別 258

11.9 固態(tài)金屬致脆和液態(tài)金屬致脆案例圖譜 259

11.9.1 不銹鋼的銅釬焊裂紋 259

11.9.2 天然氣管道的銅脆 262

11.9.3 鋅脆 263

11.9.4 鋁引起GH625合金波紋管開(kāi)裂 265

11.9.5 鎘引起鈦合金的脆性 265

11.9.6 非金屬元素引起的脆性 268

參考文獻(xiàn) 270

第12章 表面膜和表面涂層及其損傷 271

12.1 表面處理膜和表面涂層 271

12.1.1 非晶膜(Ni-P鍍層) 272

12.1.2 電鍍膜 274

12.1.3 常溫磷化膜(磷化處理膜) 276

12.1.4 鋼的高分子鍍膜 277

12.2 表面處理膜的損傷圖譜 278

參考文獻(xiàn) 284

第13章 金屬氧化物陽(yáng)極的組織與損傷 285

13.1 金屬氧化物陽(yáng)極微觀形貌的基本特征 285

13.1.1 鈦基體的微觀形貌 285

13.1.2 金屬氧化物陽(yáng)極的微觀結(jié)構(gòu) 287

13.1.3 納米氧化物陽(yáng)極的微觀結(jié)構(gòu) 289

13.2 金屬氧化物陽(yáng)極失效圖譜 292

13.2.1 金屬氧化物陽(yáng)極強(qiáng)化電解失效機(jī)理及形貌分析 292

13.2.2 金屬氧化物陽(yáng)極正反交替電解失效后的形貌 295

參考文獻(xiàn) 297

第14章 點(diǎn)蝕、海水腐蝕及其他 299

14.1 點(diǎn)蝕 299

14.1.1 金屬的點(diǎn)蝕 299

14.1.2 點(diǎn)蝕機(jī)理 299

14.2 海洋環(huán)境腐蝕 302

14.2.1 海水腐蝕機(jī)理概述 303

14.2.2 海水腐蝕的特點(diǎn) 303

14.2.3 海水腐蝕形貌 304

14.3 其他腐蝕產(chǎn)物形貌 312

14.3.1 保護(hù)材料的轉(zhuǎn)移 312

14.3.2 B30冷凝器管上的腐蝕產(chǎn)物 312

14.3.3 室內(nèi)腐蝕實(shí)驗(yàn) 313

14.4 鋼海水腐蝕產(chǎn)物結(jié)構(gòu)與組成 318

參考文獻(xiàn) 320

第15章 失效分析案例 321

15.1 煙氣輪機(jī)波紋管失效分析 321

15.1.1 波紋管的工作條件和失效情況 321

15.1.2 分析結(jié)果 322

15.1.3 驗(yàn)證試驗(yàn) 325

15.1.4 討論 325

15.1.5 結(jié)論 326

15.2 石油氣田集氣彎管裂紋分析 326

15.2.1 來(lái)樣情況 326

15.2.2 分析結(jié)果 326

15.2.3 結(jié)論 329

15.3 鋁標(biāo)牌熔化引起波紋管開(kāi)裂 329

15.3.1 背景材料 329

15.3.2 金相分析 330

15.3.3 彩色金相分析 330

15.3.4 能譜成分分析 332

15.3.5 結(jié)論 333

15.4 海水泵電機(jī)軸失效分析 333

15.4.1 失效件的背景材料 333

15.4.2 失效件的分析檢驗(yàn) 334

15.4.3 結(jié)果分析與討論 338

15.4.4 結(jié)論 339

15.4.5 建議 339

15.5 醋酸精餾塔鈦過(guò)濾板腐蝕失效 339

15.5.1 情況簡(jiǎn)介 339

15.5.2 檢驗(yàn)分析 339

15.5.3 結(jié)果分析 344

15.5.4 結(jié)論與建議 346

參考文獻(xiàn) 346"

金相即金相學(xué)，就是研究金屬或合金內(nèi)部結(jié)構(gòu)的科學(xué)。不僅如此，它還研究當(dāng)外界條件或內(nèi)在因素改變時(shí)，對(duì)金屬或合金內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響。所謂外部條件就是指溫度、加工變形、澆注情況等。所謂內(nèi)在因素主要指金屬或合金的化學(xué)成分。 金相組織是反映金屬金相的具體形態(tài)，如馬氏體，奧氏體，鐵素體，珠光體等等。

1.奧氏體 -碳與合金元素溶解在γ-fe中的固溶體，仍保持γ-fe的面心立方晶格。晶界比較直，呈規(guī)則多邊形;淬火鋼中殘余奧氏體分布在馬氏體間的空隙處

2.鐵素體-碳與合金元素溶解在a-fe中的固溶體。亞共析鋼中的慢冷鐵素體呈塊狀，晶界比較圓滑，當(dāng)碳含量接近共析成分時(shí)，鐵素體沿晶粒邊界析出。

3.滲碳體-碳與鐵形成的一種化合物。在液態(tài)鐵碳合金中，首先單獨(dú)結(jié)晶的滲碳體(一次滲碳體)為塊狀，角不尖銳，共晶滲碳體呈骨骼狀。過(guò)共析鋼冷卻時(shí)沿acm線析出的碳化物(二次滲碳體)呈網(wǎng)結(jié)狀，共析滲碳體呈片狀。鐵碳合金冷卻到ar1以下時(shí)，由鐵素體中析出滲碳體(三次滲碳體)，在二次滲碳體上或晶界處呈不連續(xù)薄片狀。

4.珠光體-鐵碳合金中共析反應(yīng)所形成的鐵素體與滲碳體的機(jī)械混合物。

珠光體的片間距離取決于奧氏體分解時(shí)的過(guò)冷度。過(guò)冷度越大，所形成的珠光體片間距離越小。在a1~650℃形成的珠光體片層較厚，在金相顯微鏡下放大400倍以上可分辨出平行的寬條鐵素體和細(xì)條滲碳體，稱為粗珠光體、片狀珠光體，簡(jiǎn)稱珠光體。在650~600℃形成的珠光體用金相顯微鏡放大500倍，從珠光體的滲碳體上僅看到一條黑線，只有放大1000倍才能分辨的片層，稱為索氏體。在600~550℃形成的珠光體用金相顯微鏡放大500倍，不能分辨珠光體片層，僅看到黑色的球團(tuán)狀組織，只有用電子顯微鏡放大10000倍才能分辨的片層稱為屈氏體。

5.上貝氏體-過(guò)飽和針狀鐵素體和滲碳體的混合物，滲碳體在鐵素體針間。過(guò)冷奧氏體在中溫(約350~550℃)的相變產(chǎn)物，其典型形態(tài)是一束大致平行位向差為6~8od鐵素體板條，并在各板條間分布著沿板條長(zhǎng)軸方向排列的碳化物短棒或小片;典型上貝氏體呈羽毛狀，晶界為對(duì)稱軸，由于方位不同，羽毛可對(duì)稱或不對(duì)稱，鐵素體羽毛可呈針狀、點(diǎn)狀、塊狀。若是高碳高合金鋼，看不清針狀羽毛;中碳中合金鋼，針狀羽毛較清楚;低碳低合金鋼，羽毛很清楚，針粗。轉(zhuǎn)變時(shí)先在晶界處形成上貝氏體，往晶內(nèi)長(zhǎng)大，不穿晶。

6.下貝氏體-同上，但滲碳體在鐵素體針內(nèi)。過(guò)冷奧氏體在350℃~ms的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。其典型形態(tài)是雙凸透鏡狀含過(guò)飽和碳的鐵素體，并在其內(nèi)分布著單方向排列的碳化物小薄片;在晶內(nèi)呈針狀，針葉不交叉，但可交接。與回火馬氏體不同，馬氏體有層次之分，下貝氏體則顏色一致，下貝氏體的碳化物質(zhì)點(diǎn)比回火馬氏體粗，易受侵蝕變黑，回火馬氏體顏色較淺，不易受侵蝕。高碳高合金鋼的碳化物分散度比低碳低合金鋼高，針葉比低碳低合金鋼細(xì)。

7.粒狀貝氏體-大塊狀或條狀的鐵素體內(nèi)分布著眾多小島的復(fù)相組織。過(guò)冷奧氏體在貝氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)的最上部的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。剛形成時(shí)是由條狀鐵素體合并而成的塊狀鐵素體和小島狀富碳奧氏體組成，富碳奧氏體在隨后的冷卻過(guò)程中，可能全部保留成為殘余奧氏體;也可能部分或全部分解為鐵素體和滲碳體的混合物(珠光體或貝氏體);最可能部分轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，部分保留下來(lái)而形成兩相混合物，稱為m-a組織。

8.無(wú)碳化物貝氏體-板條狀鐵素體單相組成的組織，也稱為鐵素體貝氏體。形成溫度在貝氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)的最上部。板條鐵素體之間為富碳奧氏體，富碳奧氏體在隨后的冷卻過(guò)程中也有類似上面的轉(zhuǎn)變。無(wú)碳化物貝氏體一般出現(xiàn)在低碳鋼中，在硅、鋁含量高的鋼中也容易形成。