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 一．概述      

應(yīng)力腐蝕是材料、機(jī)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(qiáng)度鋁合金和不銹鋼中，凝汽器管、礦山用鋼索、飛機(jī)緊急剎車(chē)用高壓氣瓶?jī)?nèi)壁等所產(chǎn)生的應(yīng)力腐蝕也很顯著。  常見(jiàn)應(yīng)力腐蝕的機(jī)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(yáng)極和陰極,陽(yáng)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(yáng)極面積比陰極的小得多，陽(yáng)極的電流密度很大，進(jìn)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(shí)間逐漸擴(kuò)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(guò)晶粒發(fā)展。應(yīng)力腐蝕過(guò)程試驗(yàn)研究表明：當(dāng)金屬加上陽(yáng)極電流時(shí)可以加劇應(yīng)力腐蝕，而加上陰極電流時(shí)則能停止應(yīng)力腐蝕。一般認(rèn)為壓應(yīng)力對(duì)應(yīng)力腐蝕的影響不大。    

應(yīng)力腐蝕的機(jī)理仍處于進(jìn)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(duì)應(yīng)力腐蝕敏感的材料,可以采用抗應(yīng)力腐蝕開(kāi)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(jì)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(hù)層，可以隔絕腐蝕介質(zhì)的作用。此外，采用陰極保護(hù)法見(jiàn)電化學(xué)保護(hù)也可減小或停止應(yīng)力腐蝕。本篇文章將重點(diǎn)介紹應(yīng)力腐蝕斷裂失效機(jī)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(cè)試方法與本文中重點(diǎn)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(kāi)裂特征  

（1）引起應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的往往是拉應(yīng)力。  這種拉應(yīng)力的來(lái)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(kuò)展所 需要的應(yīng)力。  

（2）每種合金的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂只對(duì)某些特殊介質(zhì)敏感。  一般認(rèn)為純金屬不易發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂，合金比純金屬更易發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。下表列出了各種合金風(fēng)應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的環(huán)境介質(zhì)體系，介質(zhì)有特點(diǎn)：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(kāi)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(gè)ppm氯離子的高純水中就會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。再如低碳鋼在硝酸鹽溶液中的“硝脆”，碳鋼在強(qiáng)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(kāi)裂，而硝酸根離子對(duì)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(kāi)裂，而氯離子對(duì)低碳鋼不起作用。  

表1.常見(jiàn)材料應(yīng)力腐蝕開(kāi)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(qiáng)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(rùn)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(kāi)裂是材料在應(yīng)力和環(huán)境介質(zhì)共同作用下經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，萌生裂紋，裂紋擴(kuò)展到臨界尺寸，此時(shí)由于裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子KI達(dá)到材料的斷裂韌性KIc,發(fā)生失穩(wěn)斷裂。即應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂過(guò)程分為三個(gè)階段：裂紋萌生，裂紋擴(kuò)展，失穩(wěn)斷裂。  

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1．裂紋的萌生  裂紋源多在保護(hù)膜破裂處，而膜的破裂可能與金屬受力時(shí)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(zhǎng)短，少則幾天，長(zhǎng)達(dá)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(kuò)展  應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的裂紋擴(kuò)展過(guò)程有三種方式。應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂裂紋的擴(kuò)展速率da/dt與裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子K1的關(guān)系具有圖示的三個(gè)階段特征。  在一階段da/dt隨K1降低而急劇減少。當(dāng)KI降到Kiscc以下時(shí)應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂裂紋不再擴(kuò)展。  在二階段，裂紋擴(kuò)展與應(yīng)力強(qiáng)度因子KI大小無(wú)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(xué)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(kāi)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(zhǔn)解理，韌性斷裂等。