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應力腐蝕

應力腐蝕是材料在化學侵蝕環(huán)境下與機械性拉伸應力同時作用下的結果。一般的腐蝕是以材料被剝蝕的型態(tài)出現(xiàn)，而應力腐蝕則以裂紋的型態(tài)出現(xiàn)，且表面幾乎沒有任何腐蝕物堆積的現(xiàn)象，因此很容易被忽略，形成潛伏的危險因素。造成應力腐蝕的四個基本條件是：敏感性合金（susceptible alloy）、侵蝕環(huán)境、施加或殘余拉伸應力、以及時間。

應力腐蝕廣見于多種材料及環(huán)境中，根據(jù)統(tǒng)計，應力腐蝕損壞常出現(xiàn)于低合金鋼（low alloy steel）、鋯（zirconium）、黃銅（brass）、鎂（magnesium）及鋁合金。這些材料應力腐蝕損壞的外表及行為都不相同，不過一般而言都具有一些共同的特性：

1.大部分破斷面在巨觀下是脆性（brittle）帶有少量的韌性撕裂（ductile tearing）現(xiàn)象，有些材料的破壞模式會介于韌性和脆性之間。

2.一定是拉伸應力（tensile stress）和環(huán)境同時作用的結果，輪流作用不會產生應力腐蝕，且應力大小沒有絕對的關系。應力大，環(huán)境的因素就比較??；應力小，環(huán)境的因素就比較大。

X射線應力分析儀實時檢測應力變化.

3.材料表面的氧化膜受到機械或化學外力的破壞形成小凹洼（pit），應力腐蝕初始裂紋（initial crack）就由小凹洼的根部開始成長，這段期間應力的影響很小，腐蝕是主要的原動力（driving force），裂紋方向和主應力（principal stress）方向一致，與一般疲勞裂紋和主應力方向垂直的情況大不相同。

4.裂紋走向會在沿著晶粒邊界（intergranular）或穿透晶粒（transgranular）中二選一，全看材料、環(huán)境、應力大小這三者的組合而定。在不銹鋼材里，裂紋通常會穿透晶粒，且會造成一特別的晶體面（crystallographic），但在某些介質中，特別是腐蝕性溶液或是高氧化物漂白劑中，裂紋會沿著晶粒邊界。在高強度合金鋼中，裂紋會沿著晶粒邊界；鋁合金基本上亦是如此。

5.裂紋成長的過程本身就有自我催化（self-catalyzing）的作用，正在成長中的裂紋尖端局部之成長速率至少為疲勞裂紋的百倍以上，所以一旦發(fā)現(xiàn)應力腐蝕裂紋后就得盡快處置。

6.形成裂紋需特定的合金和環(huán)境，雖然許多環(huán)境都能產生相近的腐蝕生長速率，但不同的合金對應力腐蝕的敏感度差異甚大。

應力腐蝕裂紋必需在腐蝕表面上有拉伸應力，此拉伸應力可以是外加，也可以是殘余應力（residual stress），其中殘余應力更是問題的所在，因為它是隱藏的，在設計時常會被忽略。殘余應力的來源可能來自制造過程，如：冷加工時變形不均勻、熱處理后退火冷卻速率不同；或是來自裝配時的緊配（interference fit），鉚釘、螺栓變形……等。

1970年前后進入美國空軍服役的F-5型戰(zhàn)斗機，因前機身上縱梁使用材料為對應力腐蝕甚為敏感的7075-T6鋁合金，致在服役相當時間后發(fā)生了應力腐蝕裂紋，美國空軍不得不在1990年代中期進行全機隊結構返廠修改，更換改變熱處理而提升抗腐蝕能力的7075-T73新制上縱梁。

航空史上著名的應力腐蝕裂紋飛行安全事件，是發(fā)生于1988年4月28日的美國阿啰哈（Aloha）航空公司，一架波音737-200機身前段大片上蒙皮于飛行途中脫落，幸賴駕駛員的技術高超而平安落地。飛機失事前，已累積了35,496飛行小時，89,680次起降，是此型飛機全世界起降次數(shù)排名第二的飛機，（di一名是阿航的N73712）。

由于經濟因素的考慮，軍用飛機延長服役年限是一個不可避免的趨勢，而如何維持這些老舊飛機的飛行安全，則是一個嚴肅的課題。由于老舊飛機都已經過長時間的服役生涯，影響其飛行安全的Zui因素自然來自疲勞與腐蝕。疲勞是外力長期作用下的結果，因此當飛機服役時間越久，就越容易受到它的影響；而由于材料的天性，腐蝕終究是個無法避免的過程，美國空軍在2005年修訂的飛機結構剛性計劃需求中，因此新增了對腐蝕的預防、控制、評估工作項目，可見在不遠的未來，腐蝕應該還是會繼續(xù)困擾著飛機結構。

要維持軍用飛機延長服役期間的飛行安全，在經費考慮下，一般采取的方式是對容易發(fā)生疲勞裂紋的位置執(zhí)行定期檢查。舊式軍用飛機的結構安排簡單、寬松，少有無法進手檢查的區(qū)域，縱然有疲勞或腐蝕，經由擇要檢修（Inspection and Repair As Necessary，IRAN）后很容易發(fā)現(xiàn)并排除，因此不至于對機隊安全造成困擾；現(xiàn)代軍用飛機結構復雜，裝備安排非常緊密，在提升維修效率的考慮下，擇要檢修也逐漸被機隊管理所取代，依單機追蹤Individual Aircraft Tracking，IAT）分析結果決定定期檢查的位置與檢查時距（Inspection Interval），如果某些重要結構件因此完全沒有檢查，就會有潛在飛行安全風險，美國空軍F-15C事件是很好的教訓。

現(xiàn)行理想方式是在機上安裝傳感器，即時探測并回報機上發(fā)生的疲勞與腐蝕損傷，老飛機的結構安全將更有保障。只是目前的傳感器僅能追蹤疲勞及異電位腐蝕損傷，且飛機會延長使用年限通常是因為經費拮據(jù)，這種方式與節(jié)省經費的初衷背道而馳，要獲得實行并不容易。

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