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 一．概述      

應(yīng)力腐蝕是材料、機械零件或構(gòu)件在靜應(yīng)力(主要是拉應(yīng)力)和腐蝕的共同作用下產(chǎn)生的失效現(xiàn)象。它常出現(xiàn)于鍋爐用鋼、黃銅、高強度鋁合金和不銹鋼中，凝汽器管、礦山用鋼索、飛機緊急剎車用高壓氣瓶內(nèi)壁等所產(chǎn)生的應(yīng)力腐蝕也很顯著。  常見應(yīng)力腐蝕的機理是：零件或構(gòu)件在應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)作用下，表面的氧化膜被腐蝕而受到破壞,破壞的表面和未破壞的表面分別形成陽極和陰極,陽極處的金屬成為離子而被溶解，產(chǎn)生電流流向陰極。由于陽極面積比陰極的小得多，陽極的電流密度很大，進一步腐蝕已破壞的表面。加上拉應(yīng)力的作用，破壞處逐漸形成裂紋，裂紋隨時間逐漸擴展直到斷裂。這種裂紋不僅可以沿著金屬晶粒邊界發(fā)展，而且還能穿過晶粒發(fā)展。應(yīng)力腐蝕過程試驗研究表明：當金屬加上陽極電流時可以加劇應(yīng)力腐蝕，而加上陰極電流時則能停止應(yīng)力腐蝕。一般認為壓應(yīng)力對應(yīng)力腐蝕的影響不大。    

應(yīng)力腐蝕的機理仍處于進一步研究中。為防止零件的應(yīng)力腐蝕，首先應(yīng)合理選材，避免使用對應(yīng)力腐蝕敏感的材料,可以采用抗應(yīng)力腐蝕開裂的不銹鋼系列,如高鎳奧氏體鋼、高純奧氏體鋼、超純高鉻鐵素體鋼等。其次應(yīng)合理設(shè)計零件和構(gòu)件，減少應(yīng)力集中。改善腐蝕環(huán)境，如在腐蝕介質(zhì)中添加緩蝕劑，也是防止應(yīng)力腐蝕的措施。采用金屬或非金屬保護層，可以隔絕腐蝕介質(zhì)的作用。此外，采用陰極保護法見電化學保護也可減小或停止應(yīng)力腐蝕。本篇文章將重點介紹應(yīng)力腐蝕斷裂失效機理與案例研究，并分析比較應(yīng)力腐蝕斷裂其他環(huán)境作用條件下發(fā)生失效的特征。由于應(yīng)力腐蝕的測試方法與本文中重點分析之處結(jié)合聯(lián)系不大，故不再本文中加以介紹。

二．應(yīng)力腐蝕開裂特征  

（1）引起應(yīng)力腐蝕開裂的往往是拉應(yīng)力。  這種拉應(yīng)力的來源可以是：  

1． 工作狀態(tài)下構(gòu)件所承受的外加載荷形成的抗應(yīng)力。

2． 加工，制造，熱處理引起的內(nèi)應(yīng)力。

3． 裝配，安裝形成的內(nèi)應(yīng)力。

4． 溫差引起的熱應(yīng)力。  

5． 裂紋內(nèi)因腐蝕產(chǎn)物的體積效應(yīng)造成的楔入作用也能產(chǎn)生裂紋擴展所 需要的應(yīng)力。  

（2）每種合金的應(yīng)力腐蝕開裂只對某些特殊介質(zhì)敏感。  一般認為純金屬不易發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂，合金比純金屬更易發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂。下表列出了各種合金風應(yīng)力腐蝕開裂的環(huán)境介質(zhì)體系，介質(zhì)有特點：即金屬或合金可形成純化膜，彈介質(zhì)中有有破壞純化膜完整性的離子存在。而且介質(zhì)中的有害物質(zhì)濃度往往很低，如大氣中微量的H2S和NH3可分別引起鋼和銅合金的應(yīng)力腐蝕開裂?？諝庵猩倭縉H3是鼻子嗅不到的，卻能引起黃銅的氨脆。再如奧氏體不銹鋼在含有幾個ppm氯離子的高純水中就會出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕開裂。再如低碳鋼在硝酸鹽溶液中的“硝脆”，碳鋼在強堿溶液中的“堿脆”都是給定材料和特定環(huán)境介質(zhì)結(jié)合后發(fā)生的破壞。氯離子能引起不銹鋼的應(yīng)力腐蝕開裂，而硝酸根離子對不銹鋼不起作用，反之，硝酸根離子能引起低碳鋼的應(yīng)力腐蝕開裂，而氯離子對低碳鋼不起作用。  

表1.常見材料應(yīng)力腐蝕開裂發(fā)生的介質(zhì) 

合金 腐蝕介質(zhì)    碳鋼和低合金鋼   NaOH溶液，含有校酸根，碳酸跟，硫化氫水溶液，海水，海洋大氣和工業(yè)大氣，硫酸—硝酸混合液，三 氯化鐵溶液，濕的CO—CO2,空氣 高強度鋼 蒸餾水，濕大氣，氯化物溶液，硫化氫   奧氏體不銹鋼  高溫堿液，高溫高壓含氧純水，氯化物水溶液，海水，濃縮鍋爐水，水蒸氣(260ºC)，濕潤空氣（濕度90%），硫化氫水溶液，NaCl—H2O2水溶液，二氯乙 烯等  銅合金 NH3蒸汽，氨溶液，汞鹽溶液，含SO2的大氣，三氯 化鐵，硝酸溶液  鈦合金 發(fā)煙硝酸，海水，鹽酸，含Cl¯,Br¯,I¯水溶液，甲 醇，三氯乙烯，CCl4，氟利昂  鋁合金 NaCl水溶液，海水，水蒸氣，含二氧化硫的大氣， 含Br¯,I¯水溶液，汞    

（3）應(yīng)力腐蝕開裂是材料在應(yīng)力和環(huán)境介質(zhì)共同作用下經(jīng)過一段時間后，萌生裂紋，裂紋擴展到臨界尺寸，此時由于裂紋尖端的應(yīng)力強度因子KI達到材料的斷裂韌性KIc,發(fā)生失穩(wěn)斷裂。即應(yīng)力腐蝕開裂過程分為三個階段：裂紋萌生，裂紋擴展，失穩(wěn)斷裂。  

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1．裂紋的萌生  裂紋源多在保護膜破裂處，而膜的破裂可能與金屬受力時應(yīng)力集中與應(yīng)變集中有關(guān)，此外，金屬中存在孔蝕，縫隙腐蝕，晶間腐蝕也往往是SCC裂紋萌生處。萌生期長短，少則幾天，長達幾年，幾十年，主要取決于環(huán)境特征與應(yīng)力大小。  

2．裂紋擴展  應(yīng)力腐蝕開裂的裂紋擴展過程有三種方式。應(yīng)力腐蝕開裂裂紋的擴展速率da/dt與裂紋尖端的應(yīng)力強度因子K1的關(guān)系具有圖示的三個階段特征。  在一階段da/dt隨K1降低而急劇減少。當KI降到Kiscc以下時應(yīng)力腐蝕開裂裂紋不再擴展。  在二階段，裂紋擴展與應(yīng)力強度因子KI大小無關(guān)，主要受介質(zhì)控制。在這階段裂紋出現(xiàn)宏觀和微觀分枝。但在宏觀上，裂紋走向與抗應(yīng)力方向是垂直的。  三階段為失穩(wěn)斷裂，純粹由力學因素KI控制，da/dt隨KI增大迅速增加直至斷裂。

 （4）應(yīng)力腐蝕開裂屬于脆性斷裂。即使塑性很高的材料也是如此。其斷口呈多種形貌。有沿晶斷裂，準解理，韌性斷裂等。