分析應力腐蝕的條件和特征

應力腐蝕斷裂(stress corrosion cracking，簡稱SCC)是一種“災難性的腐蝕”，如橋梁坍塌、飛機失事、油罐爆炸、管道泄漏等，究其源頭很多都是由于應力腐蝕所引起的，一旦發(fā)生斷裂必將造成巨大的生命和財產(chǎn)損失。

應力腐蝕是指材料、機械零件或構件在靜應力(主要是拉應力)和腐蝕的共同作用下產(chǎn)生的失效現(xiàn)象。應力腐蝕是危害最大的腐蝕形態(tài)之一。

1、應力腐蝕條件和特征

應力腐蝕產(chǎn)生的條件：敏感的金屬材料、特定的腐蝕介質、足夠大的應力。

——敏感材料：一般情況純金屬不會發(fā)生SCC，含雜質的或者合金才能發(fā)生SCC；高強度合金鋼腐蝕開裂抗力受化學成分和顯微組織控制。

——特定介質：特定組織環(huán)境(包括腐蝕介質性質、濃度、溫度)，特定材料對于特定的溶液介質，才能發(fā)生應力腐蝕。 例如，奧氏體不銹鋼-Cl離子溶液、低合金高強度鋼-潮濕大氣中。

——應力來源：機件所承受的應力包括工作應力和殘余應力。工作狀態(tài)下構件所承受的外加載荷形成的抗力；加工、制造、熱處理引起的內應力：裝配，安裝形成的內應力；溫差引起的熱應力；裂紋內因腐蝕產(chǎn)物的體積效應造成的楔入作用也能產(chǎn)生裂紋擴展所需要的應力。

不同合金腐蝕介質表

應力腐蝕特征：典型的滯后破壞；裂紋分為晶間型、穿晶型和混合型;裂紋擴散速度比均勻腐蝕快約106倍;低應力的脆性斷裂。

滯后破壞

孕育期：裂紋萌生階段，即裂紋源成核所需時間，約占整個時間的90%左右；

裂紋擴展期：裂紋成核→臨界尺寸；

快速斷裂期：裂紋達到臨界尺寸后，由純力學作用裂紋失穩(wěn)瞬間斷裂。

整個斷裂時間與材料、介質、應力有關，短則幾分鐘，長可達若干年，應力降低，斷裂時間延長。

臨界應力σth(臨界應力強度因子KISCC)：在此臨界值以下，不發(fā)生SCC。

2、裂紋形態(tài)

SCC裂紋分為三種：晶間型、穿晶型、混合型。

晶間型：裂紋沿晶界擴展，如軟鋼、鋁合金、銅合金、鎳合金；

穿晶型：裂紋穿越晶粒擴展，如奧氏體不銹鋼、鎂合金；

混合型：鈦合金。

裂紋的途徑取決于材料與介質。同一材料因介質變化，裂紋途徑也可能改變。

應力腐蝕裂紋的主要特點是：裂紋起源于表面;裂紋的長寬不成比例，相差幾個數(shù)量級;裂紋擴展方向一般垂直于主拉伸應力的方向；裂紋一般呈樹枝狀。

裂紋擴展方向與應力方向(垂直)

裂紋擴展速率

應力腐蝕裂紋擴展速率的特點：擴展速度較快;10-6~10-3mm/min;比均勻腐蝕快約106倍;僅為純機械斷裂速度的10-10。

應力腐蝕裂紋的da/dt-K1

當裂紋尖端的KI>KISCC時，裂紋就會不斷擴展。單位時間內裂紋的擴展量叫做應力腐蝕裂紋擴展速率，用da/dt表示。裂紋的擴展速率da/dt隨著應力強度因子K1而變化。

I區(qū)：當K1稍大于KISCC時，裂紋經(jīng)過一段孕育突然加速發(fā)展，即在I區(qū)內，裂紋生長速率對K1較敏感；

II區(qū)：da/dt與K1無關，通常說的裂紋擴展速率就是指該區(qū)速率，因為它主要由電化學過程控制，較強烈地依賴于溶液的pH值、粘度和溫度;

Ⅲ區(qū)：失穩(wěn)斷裂區(qū)，裂紋深度已接近臨界尺寸acr，當超過這個值時，應力強度因子達到K1c時，裂紋生長率迅速增加直至發(fā)生失穩(wěn)斷裂。

3、低應力的脆性斷裂

應力腐蝕破壞的斷口表面顏色暗淡，可見腐蝕坑和二次裂紋;應力腐蝕引起的斷裂可以是穿晶斷裂，也可以是沿晶斷裂。如果是穿晶斷裂，其斷口是解理或準解理的，其裂紋有似人字形或羽毛狀的痕跡。

以上就是江蘇容大為大家總結的應力腐蝕相關資訊，如果您想要了解更多或者有相關的試驗需求，歡迎前來咨詢，我們會有專業(yè)的項目工程師為你答疑解惑！