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应力腐蚀

应力腐蚀是指在【zài】拉应力作用下,金【jīn】属【shǔ】在腐蚀介质中引起的破坏。这种腐【fǔ】蚀一般均【jun1】穿过【guò】晶粒,即所谓穿晶【jīng】腐蚀。应力【lì】腐蚀由残余【yú】或外【wài】加【jiā】应力导致【zhì】的应变和腐【fǔ】蚀联合【hé】作用产生【shēng】的材料破坏过程。应力腐【fǔ】蚀导致材料的断裂称为【wéi】应【yīng】力腐蚀【shí】断裂。
应力腐蚀一【yī】般认为有阳极溶解和氢致开裂两【liǎng】种。常见应力腐蚀的机理是:零件或【huò】构【gòu】件在【zài】应力和腐蚀【shí】介【jiè】质作用下,表面的氧化膜被【bèi】腐【fǔ】蚀【shí】而受到破坏,破坏【huài】的表面和未破【pò】坏的表面分别形成阳极和阴极,阳【yáng】极处的金属成为离子而被【bèi】溶解,产生【shēng】电流流向阴极【jí】。由于阳极面积比阴【yīn】极的小得多【duō】,阳【yáng】极的电流密度很大,进一步腐蚀已破坏的表面。加【jiā】上拉应力的作用,破【pò】坏处逐渐形【xíng】成裂纹,裂纹随时间逐渐【jiàn】扩展直到【dào】断裂。这【zhè】种裂【liè】纹不【bú】仅可【kě】以沿【yán】着金【jīn】属晶粒【lì】边界【jiè】发展【zhǎn】,而【ér】且还能穿过晶粒发展【zhǎn】。
容易发生应力腐蚀的设备主要有热交换器、冷却器、蒸汽发生器、送风机、干燥机和锅炉。
材料应力腐蚀引起的破坏,常有以下特点:
(1)造成应力腐蚀破坏【huài】的是静应力,远低于材料的屈服强度【dù】,而且一般【bān】是拉伸应力(近年【nián】来【lái】,也【yě】发现【xiàn】在不锈钢中可【kě】以有【yǒu】压【yā】应力引起)。这【zhè】个应力可【kě】以是外加【jiā】应力【lì】,也可以【yǐ】是焊接、冷加【jiā】工或热处理产生的残留【liú】拉应力。最早发现的冷【lěng】加工黄子弹壳在含有潮湿【shī】的氨气介【jiè】质中的腐蚀破坏,就是由于冷加工造成的残留拉应力【lì】的结果。假如经【jīng】过【guò】去应【yīng】力退火【huǒ】,这种【zhǒng】事故【gù】就可以避免【miǎn】。
(2)应力腐蚀造成的破坏,是脆性断裂,没有明显的塑性变形。
(3)只有在特定【dìng】的【de】合金【jīn】成分与【yǔ】特定的【de】介【jiè】质相【xiàng】组合时才会【huì】造成应力腐【fǔ】蚀。例如α黄铜只有在【zài】氨溶液中才会腐蚀破坏,而β黄铜在水中就能破【pò】裂。
(4)应力腐蚀的裂【liè】纹【wén】扩展速【sù】率一【yī】般【bān】在9-21-10-6m/s,有点【diǎn】象疲劳,是渐进缓慢的,这种亚临界【jiè】的【de】扩展状【zhuàng】况一直达到某一临界尺寸,使【shǐ】剩余下的【de】断面不能【néng】承受外载时,就突然发生【shēng】断裂。
(5)应力腐蚀的裂纹多起源【yuán】于表面蚀【shí】坑处【chù】,而【ér】裂纹的传播途径常垂直【zhí】于拉【lā】力轴。
(6)应力【lì】腐蚀破【pò】坏的断口,其颜色灰暗,表面【miàn】常有腐【fǔ】蚀产物,而【ér】疲劳【láo】断口的表面【miàn】,如果是新【xīn】鲜断口常常【cháng】较光滑,有光泽【zé】。
(7)应力腐蚀的主裂【liè】纹扩展【zhǎn】时常【cháng】有分枝【zhī】。但不要形成绝对化的【de】概念,应力腐蚀裂纹并不总是【shì】分【fèn】枝的。
(8)应力腐蚀【shí】引【yǐn】起【qǐ】的断【duàn】裂可以是穿晶断裂,也可以是晶间断裂【liè】。如果是穿晶断【duàn】裂,其断口是解理【lǐ】或【huò】准解理的,其裂【liè】纹有【yǒu】似人字形或羽毛状的标记。
为防止零【líng】件的应力腐蚀,首【shǒu】先应合理选【xuǎn】材,避免使用对应力【lì】腐蚀敏【mǐn】感的材料【liào】,可以采用抗应力腐【fǔ】蚀开裂的不锈钢系列,如【rú】高镍奥【ào】氏体【tǐ】钢【gāng】、高纯奥氏体【tǐ】钢、超【chāo】纯高铬铁素体钢等。
其次应合理设计零件和构件,减少应力集中。改善腐蚀环境,如在腐蚀介质中添加缓蚀剂,也是防止应力腐蚀的措施。采用金属或非金【jīn】属保护层【céng】,可以隔绝腐蚀【shí】介质【zhì】的作用【yòng】。此外,采用阴【yīn】极【jí】保护法见【jiàn】电化学保护也可减小或停止应力腐蚀。
       现在对应【yīng】力【lì】腐蚀的研究,都是采用预制裂纹【wén】的试样。将【jiāng】这种试样【yàng】放在一定介质【zhì】中【zhōng】,在【zài】恒定载荷下,测定由于裂纹扩展引起的应力强【qiáng】度因子【zǐ】K随时间【jiān】的变化【huà】关系(具体测试【shì】方法将在下面介绍),据【jù】此得出材料【liào】的【de】抗应力腐【fǔ】蚀特性。

方法标准:不锈钢在沸腾氯化镁溶液中应力腐蚀试验方法YB/T 5362-2006
                 
铁-铬-镍合金在高温水中应力腐蚀试验方法YB/T 5344-2006

          金属【shǔ】和合金的腐【fǔ】蚀【shí】 应力腐蚀试验 第1 部分:试验方法总则 GB/T 15970.1-1995
          金属【shǔ】和【hé】合金的腐蚀 应力腐蚀试验 第2 部分:弯梁试样的制备和应用 GB/T 15970.2-2000
          金属和合金的腐蚀【shí】 应力【lì】腐蚀试验 第3 部分:U 型弯曲试样的制备和应用 GB/T 15970.3-1995
          金属和合金的【de】腐蚀【shí】 应力腐蚀试验 第4 部分:单轴加载拉伸试样的制备和应用 GB/T 15970.4-2000
          金【jīn】属和合金的【de】腐蚀 应力腐【fǔ】蚀试验 第5 部分:C 型环试样的制备和应用  GB/T 15970.5-1998
          金属和合【hé】金的腐蚀 应力腐【fǔ】蚀试验 第6 部分:恒载荷或恒位移下的预裂纹试样的制备和应用  GB/T 15970.6-2007
          金属和合金的腐【fǔ】蚀 应【yīng】力腐蚀试验 第7部分:慢应变速率试验GB/T 15970.7-2000
          金属【shǔ】和合金【jīn】的腐【fǔ】蚀 应力腐蚀试验 第8 部分 焊接试样的制备和应用GB/T 15970.8-2005
          金【jīn】属和合【hé】金的腐蚀【shí】 应力腐蚀试验 第9 部分:渐增式载荷或渐增式位移下的预裂纹试样的制备和应用 GB/T 15970.9-2007
                 硫化【huà】氢环境中硫化物【wù】应力腐蚀开裂和应力腐【fǔ】蚀开裂实验室【shì】试【shì】验方法【fǎ】  NACE TM0177-2005
                 确定不【bú】锈钢【gāng】及镍-铬-铁合金在连多硫酸【suān】中的应力腐蚀开【kāi】裂敏感性【xìng】的实【shí】验方法  ASTM G35-1998(2010)
                 测定高强【qiáng】度铝【lǚ】合金制品应力【lì】腐【fǔ】蚀断裂敏感【gǎn】性的标准试【shì】验方法    ASTM G47-1998(2011)

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