應力腐蝕開裂的特征有哪些

 當應力與腐蝕同時作用時，可以加速金屬的破壞。在最簡單的情況下，這兩個因素的破壞作用只是簡單疊加。如果是均勻腐蝕，則面積逐漸減小，使真實應力逐漸增加，最終達到材料的斷裂強度而斷裂；如果是晶間腐蝕，則晶間的結合力將會降低，外加的應力使腐蝕介質更容易沿晶界進行進一步的破壞，最終使殘余的晶間結合力不能承受外加應力而致斷裂。當應力不存在時，腐蝕甚微，施加應力并經過一段時間后，金屬會在腐蝕并不嚴重的情況下發(fā)生脆斷。這種應力腐蝕斷裂有如下五個共同特征。

一、力學特征

 1. 具備拉應力

 一般應力腐蝕都在拉應力下才發(fā)生，而在壓應力下不發(fā)生應力腐蝕,這種拉伸應力可以是工作狀態(tài)下材料承受外加載荷造成的工作應力；也可以是在生產、制造、加工和安裝過程中在材料內部形成的熱應力、形變應力等殘余應力；還可以是由裂紋內腐蝕產物的體積效應造成的楔入作用或是陰極反應形成的氫產生的應力。

 2. 存在臨界應力

 合金所承受的應力越小，斷裂時間越長，當應力小于某一臨界值后，此應力成為臨界應力。在大多數的材料－環(huán)境體系中，存在一個臨界應力，當應力低于該臨界值時，則不產生SCC.

二、環(huán)境特性

   1. 腐蝕介質的特性

  只有在特定的腐蝕介質中含有某些對發(fā)生應力腐蝕有特效作用的離子、分子時才會發(fā)生應力腐蝕。這種特定的腐蝕劑并不一定要大量存在，而且往往濃度很低。表1.5列出了一些金屬和合金發(fā)生應力腐蝕的特定介質。

   2. 溶液的濃度

   值得指出的是，即使有時整體濃度是很低的，但是由于局部位置上的濃縮作用，使該處極易產生局部腐蝕。

   3. 具有一定的電位范圍

    從電化學的角度來看，材料與特定介質的偶合導致應力腐蝕的條件是它發(fā)生在一定的電位范圍內，一般是發(fā)生在鈍化－活化的過渡區(qū)或鈍化－過鈍化區(qū)。

 三、冶金學特性

  1. 不同的化學成分和純度具有不同應力腐蝕敏感性

  純金屬一度被認為不發(fā)生應力腐蝕,但是通過實驗發(fā)現，純度高達99.999%的銅及99.99%的鐵在一定條件下也發(fā)生了晶間應力腐蝕開裂，因此，認為合金比純金屬更易產生應力腐蝕是恰當的。

  2. 不同組織具有不同的應力腐蝕敏感性

  金屬晶體結構的差異也影響到材料的耐蝕性，體心立方晶格（鐵素體和馬氏體）比面心立方晶格（奧氏體）更耐應力腐蝕。一般說來，粗晶粒比細晶粒對應力腐蝕更為敏感。晶格缺陷，如晶界、亞晶界、露頭的位錯群等，對應力腐蝕破裂敏感，將優(yōu)先溶解，常常成為應力腐蝕破裂發(fā)生的裂縫源。

四、應力腐蝕裂紋擴展速率

 金屬在無裂紋、無蝕坑或缺陷的情況下，應力腐蝕過程可分為三個階段：裂紋萌生階段，即由于腐蝕引起裂紋或蝕坑的階段；裂紋擴展階段，即由裂紋源或蝕坑開始到達極限應力值為止的這一階段；失穩(wěn)斷裂階段。裂紋萌生階段的長短取決于合金的性能、環(huán)境的特性和應力的大小，這一時期短的僅幾分鐘，長的可達幾年、十幾年或幾十年，裂紋萌生期是服役壽命的主要部分。

五、應力腐蝕形態(tài)特征

 1. 應力腐蝕的宏觀形態(tài)特征

  即使具有很高延性的金屬，其應力腐蝕仍具有完全脆性的外觀。應力腐蝕都呈脆性斷裂，應力腐蝕的宏觀斷口常有放射花樣或人字紋。

  2. 應力腐蝕的微觀形態(tài)特征

   應力腐蝕斷口的微觀特征比較復雜，它與鋼的成分、熱處理、環(huán)境條件、應力狀態(tài)、晶體結構以及力學性能等有關。金屬材料發(fā)生應力腐蝕時，僅在局部地區(qū)出現由表及里的腐蝕裂紋，其裂紋形態(tài)主要有穿晶型、晶界型和混合型三種。不同的金屬－環(huán)境體系，將出現不同的裂紋形態(tài)。例如，軟鋼、銅合金、鎳合金多半顯晶界型，奧氏體不銹鋼多半顯穿晶型，而鈦合金多半顯混合型。不論表現形式如何，裂紋的共同特點是在主干裂紋延伸的同時還有若干分支同時發(fā)展，裂紋出在與最大應力垂直的平面上，其破裂斷口顯現出脆性斷裂的特征。