应力腐蚀开裂在线视频

本章我们学习应力腐蚀

所谓应力腐蚀

即是材料在应力与环境介质共同作用下的

腐蚀行为

它包括应力腐蚀开裂 氢脆

腐蚀疲劳 磨损腐蚀

其中磨损腐蚀又涵盖了流体加速腐蚀

流体冲刷腐蚀 空泡腐蚀

微动腐蚀 摩擦副磨损腐蚀等等

下面我们看应力腐蚀中

第一个常见的应力腐蚀开裂

应力腐蚀开裂是指

受拉伸应力作用的金属材料

在某些特定的介质中

由于腐蚀介质和应力协同作用

而产生滞后开裂或滞后断裂的现象

简称SCC

应力腐蚀开裂是很多工程失效

和重大事故的起因

例如美国银桥的倒塌

汽轮机或透平压缩机叶片的应力腐蚀开裂

在直升机 战斗机和民航的零部件失效

乃至美国阿波罗计划等重大计划中

零部件失效

应力腐蚀开裂是主要原因之一

据统计在整个化工行业

因SCC失效的比例达到了约1/4

SCC的开裂段口形式

既可以是沿晶脆性开裂

准解理断裂

也可以是穿晶塑性开裂

根据SCC的定义

我们不难发现

产生SCC应具有三大必要条件

即敏感的材料 特殊的环境介质和拉应力

一般发生均匀腐蚀的金属不发生SCC

对于合金而言

每种金属对应着特殊的敏感介质

如表所示

低碳钢对硝酸盐敏感形成的硝脆

奥氏体不锈钢和铝合金

对氯离子敏感形成的氯脆

钛合金对甲醇敏感形成的甲醇脆

黄铜对铵根离子敏感形成胺脆等等

其次 这些敏感介质的浓度往往很低

有的在ppm量级就能够引发SCC

最后是必须存在拉应力或张应力的条件

且应力往往它是低于屈服强度

拉应力的来源

可以是外加的载荷

也可以是加工制造与热处理过程中的内应力

装配与安装中的变形产生的内应力等

SCC能否发生

与特定介质中的拉应力水平有关

如图所示

当应力高于某一临界值时才发生SCC

而且 高于临界值后

应力水平越高 破裂时间越短

在工程的实际应用中

当金属面临可能发生SCC的介质环境时

对典型金属可开展不同环境下的SCC实验

获得环境SCC相容性谱

用以辅助选材

以不锈钢在氯离子环境中的SCC图谱为例

如图所示

纵坐标是温度 横坐标为氯离子浓度

每条曲线代表了该系列钢的SCC临界条件

例如 304和316系列

在黑色虚线下方的条件下将不发生SCC

而在虚线上方的环境条件下

表明具有SCC敏感性

因此 曲线越偏向上

表明耐应力腐蚀的环境裕度就越宽

从图中可以看出

耐氯离子SCC的能力是

2507 Sanicro28 SCC能力大于904L不锈钢

大于2205不锈钢

大于304和316不锈钢

那如果某介质的氯离子浓度为0.1%

温度为100度

根据该图

为了防止SCC

那么选材的时候

我们在2304双相不锈钢

和316L奥氏体不锈钢这两种材料中

我们就应该选前者2304双相不锈钢

SCC是一种典型的滞后破坏

即材料在应力和环境作用下

经过一段时间后才能萌生裂纹

那裂纹的形成和开裂一般会经历三个阶段

第一个阶段是裂纹的萌生

裂纹源多在保护膜破裂处

或者点蚀 缝隙腐蚀或晶间腐蚀的区域

如图所示为点蚀坑部

应力集中诱发裂纹萌生

由于这些局部腐蚀有的发生时间短

有的孕育期周期长

因此 裂纹萌生的孕育期从少则几天

多则几十年不等

孕育期的时间占整个断裂周期的90%

第二阶段是裂纹扩展阶段

它具有三段特征

如图所示

第一阶段是扩展速率随K1增加而急剧增大

当K1达到临界应力强度因子以上时

裂纹不再扩展

这里K1是应力强度因子

而KISCC就是临界强度因子

它作为评定应力腐蚀开裂倾向的指标之一

在第二阶段

裂纹扩展与应力强度因子K1大小无关

主要受介质控制

第三阶段当裂纹达到临界尺寸时

裂纹失稳 迅速断裂

如图所示 为SCC的影响因素及其关系

可见SCC是涉及材料的环境电化学行为

和力学行为共同作用

环境的离子种类 浓度 pH值 气体种类

应力的大小 类型

材料本身的组织与力学性能

以及表面状态等

均对SCC的裂纹形核与扩展产生作用

因此 在工程实际应用中

可以从选材 热处理 表面处理

环境介质控制 改变应力状态

以及电化学保护等多方面

根据实际体系开展合理控制