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應(yīng)力腐蝕

應(yīng)力腐蝕是材料在化學(xué)侵蝕環(huán)境下與機(jī)械性拉伸應(yīng)力同時(shí)作用下的結(jié)果。一般的腐蝕是以材料被剝蝕的型態(tài)出現(xiàn)，而應(yīng)力腐蝕則以裂紋的型態(tài)出現(xiàn)，且表面幾乎沒(méi)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(xiǎn)因素。造成應(yīng)力腐蝕的四個(gè)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(yīng)力、以及時(shí)間。

應(yīng)力腐蝕廣見(jiàn)于多種材料及環(huán)境中，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，應(yīng)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(yīng)力腐蝕損壞的外表及行為都不相同，不過(guò)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(huì)介于韌性和脆性之間。

2.一定是拉伸應(yīng)力（tensile stress）和環(huán)境同時(shí)作用的結(jié)果，輪流作用不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，且應(yīng)力大小沒(méi)有絕對(duì)的關(guān)系。應(yīng)力大，環(huán)境的因素就比較小；應(yīng)力小，環(huán)境的因素就比較大。

X射線應(yīng)力分析儀實(shí)時(shí)檢測(cè)應(yīng)力變化.

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

4.裂紋走向會(huì)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(yīng)力大小這三者的組合而定。在不銹鋼材里，裂紋通常會(huì)穿透晶粒，且會(huì)造成一特別的晶體面（crystallographic），但在某些介質(zhì)中，特別是腐蝕性溶液或是高氧化物漂白劑中，裂紋會(huì)沿著晶粒邊界。在高強(qiáng)度合金鋼中，裂紋會(huì)沿著晶粒邊界；鋁合金基本上亦是如此。

5.裂紋成長(zhǎng)的過(guò)程本身就有自我催化（self-catalyzing）的作用，正在成長(zhǎng)中的裂紋尖端局部之成長(zhǎng)速率至少為疲勞裂紋的百倍以上，所以一旦發(fā)現(xiàn)應(yīng)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(chǎn)生相近的腐蝕生長(zhǎng)速率，但不同的合金對(duì)應(yīng)力腐蝕的敏感度差異甚大。

應(yīng)力腐蝕裂紋必需在腐蝕表面上有拉伸應(yīng)力，此拉伸應(yīng)力可以是外加，也可以是殘余應(yīng)力（residual stress），其中殘余應(yīng)力更是問(wèn)題的所在，因?yàn)樗请[藏的，在設(shè)計(jì)時(shí)常會(huì)被忽略。殘余應(yīng)力的來(lái)源可能來(lái)自制造過(guò)程，如：冷加工時(shí)變形不均勻、熱處理后退火冷卻速率不同；或是來(lái)自裝配時(shí)的緊配（interference fit），鉚釘、螺栓變形……等。

1970年前后進(jìn)入美國(guó)空軍服役的F-5型戰(zhàn)斗機(jī)，因前機(jī)身上縱梁使用材料為對(duì)應(yīng)力腐蝕甚為敏感的7075-T6鋁合金，致在服役相當(dāng)時(shí)間后發(fā)生了應(yīng)力腐蝕裂紋，美國(guó)空軍不得不在1990年代中期進(jìn)行全機(jī)隊(duì)結(jié)構(gòu)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(yīng)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(guó)阿啰哈（Aloha）航空公司，一架波音737-200機(jī)身前段大片上蒙皮于飛行途中脫落，幸賴駕駛員的技術(shù)高超而平安落地。飛機(jī)失事前，已累積了35,496飛行小時(shí)，89,680次起降，是此型飛機(jī)全世界起降次數(shù)排名第二的飛機(jī)，（di一名是阿航的N73712）。

由于經(jīng)濟(jì)因素的考慮，軍用飛機(jī)延長(zhǎng)服役年限是一個(gè)不可避免的趨勢(shì)，而如何維持這些老舊飛機(jī)的飛行安全，則是一個(gè)嚴(yán)肅的課題。由于老舊飛機(jī)都已經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的服役生涯，影響其飛行安全的Zui因素自然來(lái)自疲勞與腐蝕。疲勞是外力長(zhǎng)期作用下的結(jié)果，因此當(dāng)飛機(jī)服役時(shí)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(gè)無(wú)法避免的過(guò)程，美國(guó)空軍在2005年修訂的飛機(jī)結(jié)構(gòu)剛性計(jì)劃需求中，因此新增了對(duì)腐蝕的預(yù)防、控制、評(píng)估工作項(xiàng)目，可見(jiàn)在不遠(yuǎn)的未來(lái)，腐蝕應(yīng)該還是會(huì)繼續(xù)困擾著飛機(jī)結(jié)構(gòu)。

要維持軍用飛機(jī)延長(zhǎng)服役期間的飛行安全，在經(jīng)費(fèi)考慮下，一般采取的方式是對(duì)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(jī)的結(jié)構(gòu)安排簡(jiǎn)單、寬松，少有無(wú)法進(jìn)手檢查的區(qū)域，縱然有疲勞或腐蝕，經(jīng)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(duì)機(jī)隊(duì)安全造成困擾；現(xiàn)代軍用飛機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)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(jī)隊(duì)管理所取代，依單機(jī)追蹤Individual Aircraft Tracking，IAT）分析結(jié)果決定定期檢查的位置與檢查時(shí)距（Inspection Interval），如果某些重要結(jié)構(gòu)件因此完全沒(méi)有檢查，就會(huì)有潛在飛行安全風(fēng)險(xiǎn)，美國(guó)空軍F-15C事件是很好的教訓(xùn)。

現(xiàn)行理想方式是在機(jī)上安裝傳感器，即時(shí)探測(cè)并回報(bào)機(jī)上發(fā)生的疲勞與腐蝕損傷，老飛機(jī)的結(jié)構(gòu)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(jī)會(huì)延長(zhǎng)使用年限通常是因?yàn)榻?jīng)費(fèi)拮據(jù)，這種方式與節(jié)省經(jīng)費(fèi)的初衷背道而馳，要獲得實(shí)行并不容易。

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