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什么是应力腐蚀?

时间: 2023-12-03 09:58:13 |   作者: 开云棋牌平台官方

  金属材料作为一种人类赖以生存和发展的物质基础,它的腐蚀每年都给人类社会带来了巨大的财产损失,也造成了大量的腐蚀失效事故。腐蚀失效有多种形式,据相关统计,应力腐蚀引起的金属材料失效所占比例是最大的。

  应力腐蚀开裂是一种“灾难性的腐蚀”,跟应力腐蚀有关的桥梁坍塌,飞机失事,油罐爆炸,管道泄漏等都曾给人类带来非常大的生命和财产损失。

  金属材料在各种各样的环境中服役时,即使无载荷也会发生腐蚀,导致失重,当存在应力时,在特定环境中的腐蚀会引起裂纹形核扩展,导致滞后开裂,称为应力腐蚀。

  应力腐蚀开裂(SCC)与单纯应力引起的开裂不同,它在很低的负载应力下也可以发生开裂;它与单纯的腐蚀也不同,即使腐蚀性很弱的介质也能引起应力腐蚀开裂。

  应力腐蚀开裂是一种“阴险”的腐蚀形式,它会产生显著的机械强度降低,但金属损失量很小。损坏不明显以至于偶然检查很难发现,应力腐蚀裂纹可以触发机械快速断裂甚至组件和结构的灾难性失效。

  在应力腐蚀过程中,若有微裂纹形成,其扩展速度比别的类型的局部腐蚀速度要快几个数量级。

  a) 敏感材料。俗话说,苍蝇不叮无缝的鸡蛋,要生发生应力腐蚀开裂,首先得是具备敏感性的材料。材料具备敏感性给我们的提示是,在一些有几率发生应力腐蚀开裂的工况环境,选材要慎重。如304等奥氏体不锈钢在含有氯的环境服役,应力腐蚀开裂是尤其需要注意的问题。奥氏体不锈钢是面心立方金属,面心立方金属尤其易发生应力腐蚀开裂,这是晶体结构决定的。

  b) 容易引起应力腐蚀开裂的环境。即使材料敏感,没有导致应力腐蚀开裂的介质也是不会发生应力腐蚀开裂的,它好比硬币的A/B面。环境介质也是应力腐蚀开裂的重要条件。

  c) 足够的拉应力。通常认为静态拉应力是导致应力腐蚀开裂的必要条件。有人会问,那要是交变载荷呢?我认为可能要归于腐蚀疲劳了。为啥说发生应力腐蚀开裂需要足够的静态拉应力呢?因为它需要满足腐蚀状态下的临界应力强度因子KISCC。

  1、裂纹通常起源于金属表面。裂纹走向呈“树枝状”,树干为主裂纹,沿收敛方向指向裂纹源

  2、裂纹扩展可能是穿晶的、也可能是沿晶的、还可能是混合型的;断口表面常有腐蚀产物

  某气体机进行缸盖密封性水压试验时,出现漏水问题,拆检后发现火花塞衬套开裂。衬套材料是铸造黄铜ZCuZn38(H62),为工业上普遍的使用的有色金属合金。工艺流程是:铸造铜棒→热压力加工→机械加工→装试。

  仔细观察衬套,发现表面有两条裂纹,从衬套台肩沿轴向向下延伸,裂纹较平直,近乎平行,向台肩内侧延伸并逐渐变窄。

  随后利用金相显微镜进行金相检验,可见断口显示为脆性断裂。沿轴向研磨、抛光、腐蚀,观察裂纹及金相组织情况,裂纹呈不规则连续状,有分叉、尾部较尖锐呈树枝状,与应力腐蚀裂纹的典型特征相吻合。

  之后进行应力检测。经测,衬套台肩上方外壁与倒角外壁处和细颈内表面的拉应力较大,与实际裂纹起源位置一致。结合衬套的工作环境,该衬套在机械工艺流程中,与刀具频繁接触、受力,尺寸发生明显的变化,必然产生少数的残余应力;数字控制机床精加工使用的切削液含有S、卤族元素等添加剂,使得衬套在一段时间内处在潮湿、腐蚀环境中。由此可推测出结论:衬套裂纹机制为应力腐蚀沿晶脆性开裂。

  ②消除应力:改进结构设计,减小应力集中和避免腐蚀介质的积存,尽可能的避免产生较大的残余应力。

  ③改善介质环境:控制或降低介质中有害的成分;在腐蚀介质中加入缓蚀剂;通过改变电位、促进成膜、阻止氢或有害于人体健康的物质的吸附等,影响电化学反应动力学而起到缓蚀作用;改变环境的敏感性。