武汉理工大学材料科学基础（第2版）课后习题和答案(15)

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 定温度下,产生规定的稳态蠕变速率的应力值,以 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。

(MPa)表示。

(MPa)表示；另一种是在一