應(yīng)力腐蝕開裂的特征有哪些

 當應(yīng)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(yīng)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(jié)合力將會降低，外加的應(yīng)力使腐蝕介質(zhì)更容易沿晶界進行進一步的破壞，最終使殘余的晶間結(jié)合力不能承受外加應(yīng)力而致斷裂。當應(yīng)力不存在時，腐蝕甚微，施加應(yīng)力并經(jīng)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(yīng)力腐蝕斷裂有如下五個共同特征。

一、力學(xué)特征

 1. 具備拉應(yīng)力

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

 2. 存在臨界應(yīng)力

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

二、環(huán)境特性

   1. 腐蝕介質(zhì)的特性

  只有在特定的腐蝕介質(zhì)中含有某些對發(fā)生應(yīng)力腐蝕有特效作用的離子、分子時才會發(fā)生應(yīng)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(yīng)力腐蝕的特定介質(zhì)。

   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(chǎn)生局部腐蝕。

   3. 具有一定的電位范圍

    從電化學(xué)的角度來看，材料與特定介質(zhì)的偶合導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕的條件是它發(fā)生在一定的電位范圍內(nèi)，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(xué)特性

  1. 不同的化學(xué)成分和純度具有不同應(yīng)力腐蝕敏感性

  純金屬一度被認為不發(fā)生應(yīng)力腐蝕,但是通過實驗發(fā)現(xiàn)，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(yīng)力腐蝕開裂，因此，認為合金比純金屬更易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕是恰當?shù)摹?/span>

  2. 不同組織具有不同的應(yīng)力腐蝕敏感性

  金屬晶體結(jié)構(gòu)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(yīng)力腐蝕。一般說來，粗晶粒比細晶粒對應(yīng)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(yīng)力腐蝕破裂敏感，將優(yōu)先溶解，常常成為應(yīng)力腐蝕破裂發(fā)生的裂縫源。

四、應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)力腐蝕形態(tài)特征

 1. 應(yīng)力腐蝕的宏觀形態(tài)特征

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

  2. 應(yīng)力腐蝕的微觀形態(tài)特征

   應(yīng)力腐蝕斷口的微觀特征比較復(fù)雜，它與鋼的成分、熱處理、環(huán)境條件、應(yīng)力狀態(tài)、晶體結(jié)構(gòu)以及力學(xué)性能等有關(guān)。金屬材料發(fā)生應(yīng)力腐蝕時，僅在局部地區(qū)出現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(yīng)力垂直的平面上，其破裂斷口顯現(xiàn)出脆性斷裂的特征。