5.5應力作用下的局部腐蝕5.5.1應力腐蝕斷裂5.5.2金屬的氫脆和氫損傷5.5.3腐蝕疲勞15.5.1應力腐蝕斷裂

StressCorrosionCracking

應力與化學介質協同作用下引起的金屬開裂（或斷裂）的現象，叫做金屬應力腐蝕開裂。應力腐蝕斷裂，簡稱SCC，是指金屬材料在固定拉應力和某種特定腐蝕介質中發生的脆性斷裂。所謂固定拉應力是指方向一定，大小可變的拉伸應力。應力腐蝕斷裂危害極大，人們稱為“災難性腐蝕”。2不同情況引起的應力腐蝕斷裂1、由于彎曲殘余應力引起的該裂紋多為縱向形式32、從點蝕底部產生的應力腐蝕裂紋43、由腐蝕產物體積膨脹應力引起的應力腐蝕裂紋

564、外在應力的存在導致應力開裂7

1、產生應力腐蝕斷裂必須同時具備三個基本條件，即敏感的金屬材料，足夠大的拉伸應力和特定的腐蝕介質。應力腐蝕斷裂的特征2、發生應力腐蝕斷裂的主要是合金，幾乎所有金屬的合金在特定的環境中都有一定的應力腐蝕敏感性。例如，純度達9999%的銅在含氨介質中不會腐蝕斷裂，但含有004%磷或001%銻時，則發生開裂。

材料因素力學因素環境因素SCC83、特定的金屬和合金只有在特定的腐蝕環境中才產生SCC。如表7-1所示這種特定的腐蝕介質在含量較少時也會造成應力腐蝕。910

4、一般情況下，只有拉應力（張應力）才能引起應力腐蝕斷裂。拉應力愈大，斷裂時間愈短。斷裂所需應力，一般都低于材料的屈服強度。壓應力不發生應力腐蝕，應力腐蝕裂紋走向宏觀上與拉應力方向垂直。5、應力腐蝕斷裂是一種典型的滯后破壞，這種滯后破壞過程可分三個階段：第一階段為裂紋孕育期，這個階段占斷裂總時間的90%；第二階段為裂紋擴展期；第三階段為快速斷裂期。整個斷裂時間與材料、應力和環境有關，短的幾分鐘，長的達幾年。腐蝕速率介于均勻腐蝕速率和單純斷裂速度之間。6、應力腐蝕裂紋形態有三種：晶間型、穿晶型和混合型。晶間型是指裂紋沿晶界擴展，如軟鋼、鋁合金、銅合金、鎳合金等。11316L不銹鋼應力腐蝕斷口氫致解理斷口

穿晶脆性斷裂組織圖

沿晶脆性斷裂組織圖

127、應力腐蝕斷裂裂紋一般為樹枝狀結構，裂紋走向垂直于應力方向。13

目前關于應力腐蝕斷裂機理已達十幾種，帕金斯于1964年提出“應力腐蝕譜”的觀點，把各種SCC類型及其機理排列起來構成一個連續的譜，如下表所示。

應力腐蝕斷裂的機理14

根據應力腐蝕斷裂的現代觀念比較集中的有三種理論，即陽極溶解機理（陽極溶解起控制作用）、氫脆機理（陰極過程放出氫原子進入基體，導致材料脆斷）、陽極溶解和氫脆共同作用的機理。

1、陽極溶解機理：應力腐蝕斷裂主要是指金屬材料在靜拉應力與腐蝕介質共同作用下，由于裂紋尖端區陽極溶解過程控制引起脆斷（APC-SCC）。屬于這類機理的有低碳鋼、鋁合金和銅合金的SCC。15溶液匹中的漸銅氨廢絡離樓子Cu灶(N吹H3)n2+的存古在是黃銅篩氨脆鍵所必始需條掉件，剝它是幸由于蹦溶解番在溶掛液中磨的氨掙氣、車氧氣熱與銅訴反應辨生成捕的。Cu午+nNH3+瓜1/很2蜓O2+踢H2O疫Cu同(N格H3)n2++傍2O具H-黃銅南在成隊膜溶祖液中廣（含Cu2+和NH4+離子彼溶液抄，pH綁=64~采73中生政成一乘層Cu2O膜）堤主癢要是伸晶間鍛斷裂轎。在成希膜溶發液中窗的沿新晶界升斷裂勉機理嫩：在繩銅合疊金表大面存特在Cu2O膜，靠韌性下差；桶在應驚力作鈴用下盛發生胸脆性離破裂桐。在不鋤成膜惑溶液槍中（pH晶=78~1正12時，爽銅合箏金處界于活扯性溶挺解），在應鍋力的歇作用巡壽引起月露頭圓的位健錯優估先溶油解，圓因而燥裂紋碼沿著愚位錯水密度良最高黑的途突徑擴完展。（1）黃放銅的SC恥C機理1617（2）滑巖移-溶解-斷裂提機理——奧氏濾體不楚銹鋼該理歲論至耳少包財括四申個過蠟程：暈表面里膜的灘形成響、應嚷力作省用下抓金屬吵產生服滑移武引起撿表面稍膜的著破裂仍、裸究露金閉屬的決陽極額溶解炭、裸顏露金虧屬再粉鈍化揀。在應慣力作今用下噴，位瞎錯沿鉗著滑狗移面蜂運動銅，在落表面棕產生憑滑移紀臺階效，表繞面膜付產生稍局部撇破裂載，露乳出活迷潑的闊“新鑒鮮”太金屬迎。有砌膜和眉無膜宗金屬傍及缺為陷處忍形成蓮鈍化-活化參微電扛池。伴隨塊陽極柿溶解楊產生遠陽極牢極化筑，使雹陽極沃周圍叫鈍化沉，在斧蝕坑儲即裂礎紋尖則端周委邊重源新生桿成鈍奧化膜提，隨萄后在墻拉應籮力繼敗續作云用下量，蝕滅坑底肯部即烏裂紋敞尖端王處造超成應返力集第中，拒而使繳鈍化蹄膜再臟次破帥裂，外造成赴新的墾活性屢陽極奇區，普如此常反復潔，造攻成縱庭深穿閃晶的踐裂紋鋪。18192、氫溉脆機元理認為疫：金施屬材歐料在勤拉應攜力線和腐爭蝕介嶄質共紫同作攏用下鑒，由軍于陰理極還會原反循應產轟生的黃氫原逝子擴泊散到畫裂紋伏尖端紗的金松屬內剛部引爹起并切控制快脆斷誕。這林種應卵力腐縮慧蝕稱追為氫陽脆型SC頁C（HE夾-S蚊CC）。幸也稱互氫的廊滯后究開裂競。20應力型來源散：（1）工崖作應銹力：恭設備優和部誰件在南工作怎條件丑下所單承受鉆的外墻加載喘荷；（2）殘西余應乳力：侮金屬更材料毯在生聰產過犯程和醋加工枝過程卡中，涌在材富料內部兼產生甲的應蛾力。摸如冷嫌軋、趣冷拔殊、冷凡彎、口冷作疤、機掩械加工、符焊接彩、熱犯處理勢過程瘋中產持生的醋殘余傾應力悼；（3）熱泳應力亮：由切于溫造度變爆化而棚引起山的殘文余應走力；（4）結構應森力：繪由于觸設備隱、部厭件的將安裝久與裝龍配而注引起川的應節力。外加墓應力套愈大閱，材憲料斷利裂時廉間愈恐短。蔥如圖雅所示框。影響突應力按腐蝕非斷裂桶的因附素1、應茫力2122應力躺作用訊：（1）破錯壞鈍吐化膜23應力突作用斬：（2）加翅速Cl-和OH-的吸鑒附溶父解24（1）特狹殊離路子及捉其濃留度的此影響栽：氧渴濃度崗、氯怕化物廊濃度筐影響毫如圖襖所示判。2、介損質環頌境因阻素25（2）溫缺度：一般全來說奪，溫洞度升振高，SC科C容易絞發生姨，但礦溫度敏過高籃，由垂于產棒生全構面腐隊蝕，棚而抑霜制了渴應力仗腐蝕瘡。26（3）溶仰液中pH值的孫影響坦：對道不銹帥鋼而總言，pH值增責加減涌緩了草應力稅腐蝕囑。27（4）界動面電勵位電胸位狀戰況的物影響旁：大枯量實勉驗研假究證維明，SC糠C只有迫在一吵定的竟電位沫范圍爭內才業能發浮生。樸現發六現合功金的闖陽極痕極化案曲線園有三重個易酬產生SC止C的區鑒域。隊這些霧區域窯都是便過渡土區。圈如圖蛾所示養。28在不畫銹鋼士中加易入Si、Co有利緣瑞于提遙高抗SC裂C性能鐘。但嘩含有達周期店表第V類元盲素N、P、As、Sb、Bi有有逼害的恨。Mo音>娛4%能提投高抗SC賀C性能在。對鈦珠合金此，降其低它秧的含絮氧量賣和Al量，四同時誼加入該適量難的Nb、Ta、V有利恐于提視高抗SC露C性能壺。對黃任銅，瓶少量Fe、Sn、Mn、Si、Al、Cd、Pb可促硬進應赴力腐再蝕。3、合向金成撕分的危影響291、降立低和旋消除遍應力肝：結構絞設計倆：降杰低設稼計應盛力，啞盡量壺避免嶼或減燥少局撇部應醫力集駁中；加工浮和裝發配：鋪應盡容量避機免產鬧生殘返余應余力；機械盞方法矛消除嫂內應貪力，礙在受涌應力甜的合本金表嫁面進炮行噴騙丸、前噴砂釣、錘布敲等猶處理升，使箭表面截層處豪于壓頭應力紗狀態親，以抓提高帝抗SC健C性能閥。2、控墳制環久境改善霉使用辰條件刺，除粒去危革害性鮮大的改介質零成分街。如積水中渡的氧痛和氯摩化物研。減少終內外寫溫差挖；升高pH值；采用墻添加腫適當北的緩失蝕劑糞或采描用涂矛、鍍新層的煮辦法噴控制釣環境智；采用招陰、功陽極準電化惠學保熊護方夫法，那避免鉆進入司三個SC怒C敏感展的電乒位區史。3、改廟善材覽質較抗SC楊C性能享的不作銹鋼嶼：高竿鎳奧那氏體贈、高羅純奧愚氏體腳鋼、正雙相紀不銹吸鋼；較抗SC葉C性能軋的鋁介合金投：包逆鋁LD規10、包糧鋁的LY釘12、LF出21、ZL搏10接1；較抗SC螺C性能欠的鈦煉合金米：Ti存-1鴨0V萍-2肝Fe巖-3隊Al、Ti和-2刮Al求-4歇Mo搶-4榆Zr。應力忍腐蝕饒斷裂盯的控拼制措僑施30應力寨腐蝕援試驗較及其督評定1模擬梢試驗娃方法艙及設躬備312、實奶驗室安常用負的應帥力腐幣蝕試郵驗介槐質323、結命果的掘評定采用20倍的石放大扮鏡檢趕查：禮裂紋螞引發包所需庫時間接、裂膛紋生謠長速絡度、維斷裂臺時間哨。金相漸檢驗慚穿晶李、沿心晶和睛混合聚型應注力腐養蝕破目裂。335.繳5.社2氫損懷傷定義釣：叔氫與字材料寸交互職作用撲引起國的材難料力翼學性券能割受柄損的沫現象慶。現象選：崖金屬濟材料豪的韌棗性和樂塑性諸性能告下降青，易耳使材潤料句開號裂或傘脆斷笑。分類疾：氫救腐蝕常、氫黃鼓泡傻、氫爬裂。34氫損扁傷與兔應力羊腐蝕惜斷裂圖的區屈別氫損夸傷和雀應力旅腐蝕耽斷裂次在產牧生原湯因和汗機理揚上是逃有區駛別的命。應力微腐蝕眾裂紋彎的擴血展是犁由于耳裂紋攀的陽身極溶娘解，億其陰壤極對木裂紋布的擴絹展并蠻不產傷生直復接的征影響廈。氫損拍傷是灰由于泥合金鐮在陰戴極區微吸收昨了陰發極反零應產換物氫樸原子鼓，誘曾導脆翠性而辱產生粉和擴邀展的男。351、氫的將來源內氫挨：冶類煉、束鑄造嚷、電凍鍍、俯酸洗污、焊吊接、猶陰極永充氫摟等工模藝過氏程中慎引入遠的。外氫棄：材著料使炎用過層程中掀，由粗外界光環境鋒引入冤的。1）H2吸附增分解暮成原明子氫驅。2）腐匪蝕析亦氫在楊金屬艇表面湊分解曠成原巨子氫鍋。3）含排氫物濃質與拿金屬揮表面勾發生滔反應膽放出癢氫。2、氫歇的存管在形湊式氫可筑以H-、H、H+、H2、金屬棚氫化參物、紋固溶對體、臭碳氫臂化合誕物等抹形式稱存在種于金香屬中核，也恭可與督位錯濃結合匠形成繳氣團柿而存享在。氫的漁來源屆、存好在形可式與嫌傳輸363、氫膝的傳中輸氫在喊金屬漸中是館以點槳陣擴雹散、拿應力景誘導饒擴散拉及氫挺的位攪錯遷駱移等投方式血進行渴傳輸吐的。點陣禿擴散涼：金破屬表茶面富奪集氫漲后與鉤金屬刺內部觀構成副一定牧的濃免度梯雪度，膊則氫強會向撈金屬忙內部璃擴散旦。氫壟原子鮮處在獨金屬露點陣盈的間姿隙位扇置，己從一拋個間劣隙位樸置跳到到另番一個的間隙場位置磚的過縱程就格是氫令的擴栗散。(陷阱)應力賠誘導駱擴散劣：氫康在應剩力梯馳度作嫂用下莫通過貝應力含誘導躁擴散享，將霸向高漠應力回區聚閉集（Co耗rs沫ky效應扣）。烈高應憑力區吊氫濃蔬度均當超過漢整體企的氫闖濃度火。位錯照遷移本：位戰錯可嗓捕獲仰氫，史因此蒜影響海氫的膊點陣止擴散醉，當鎮位錯序進行調運動鋸時，槐氫氣舟團跟隱著位暑錯一犁起運妙動。371、氫腐病蝕機槍理（糾高溫肝氫腐傍蝕）夾（Hy子dr鋸og鑰en祖C瞧or振ro阻si宗on）氫腐時蝕是元指在盟高溫20鼠0℃以上新，高橫壓條策件下帆，氫灑進入竹金屬偶，產隆生合瞞金組圾分與喇氫化翻學反蝦應生他成氫袋化物筍等物昨質，盜導致吳合金釋強度垮下降手以至閥沿晶鵝界開笛裂的獄現象英，簡歉稱HC。機理誤：C+越2H2→慈CH4Fe3C+挖2H2→響3F帳e+叢CH4或4H競+燥F支e3C寨→飄3F巾e+在CH4反應俯生成借的高穴壓氣餐體，須在高爐壓、厚高溫白、含憐氫條覽件下榆氫分迷子擴這散到趁鋼中綢，并蛙生成拒甲烷侵，甲誤烷在箱鋼中我的擴石散能榮力很拼低，興這樣氏甲烷數量不白斷增夸多，魄形成手局部鍬高壓宜，造爽成應給力集麻中使他該處較發展查為裂壟紋。取（脫將碳）氫損干傷類惰型及踢其機絨理38氫腐尤蝕過祥程孕育聾期：匯晶界臭碳化卷物及總其附箏近有巷大量暴亞微筑型充集滿甲鍋烷的鼓泡剩形核雞。力學巾性能扛和顯鳳微組尋織均梯無變珍化迅速躁腐蝕捧期：氣小鼓宰泡長蠻大并綁沿晶咐界形捏成裂殿紋。鋼的同體積猜膨脹厚，力苗學性鋒能大撕大下老降飽和教期：假裂紋澇互相硬連接引，內喪部脫么碳直貞到碳爹耗盡同。體積腫不再景膨脹39氫腐傍蝕的障影響譯因素溫度氫分蔬壓冷加飼工變闖形：縮慧加速比腐蝕濁（應耕變易塵集中裝在鐵混素體房誠和碳逗化物窄界面依上，鄰在晶隱界形白成高奪密度鞭微孔骨，增楚加了傍組織排和應昆力的車不均唯勻性丟，增囑加氣康泡形刷核位責置，少并有召利于測裂紋乖的擴績展。眉）碳化套物的壩球化聾處理慌：使氏界面姐能降探低而違有利烏于孕船育期憶的延現長。穩定煮化元丸素402、氫破鼓泡互（Hy北dr示og柄en鍋B慌li喂st粘er炕in就g）氫鼓聾泡是跟指過慢飽和窮的氫幸原子若在缺平陷位繪置（丙如夾駕雜、逝氣孔詞、微幻玉縫隙農處）怕析出板后，挑形成部氫分粗子，棉在局柄部區鴿域造犬成高采氫壓飾（106MP易a），伴引起輩表面振鼓泡注或形正成內陪部裂皇紋，應使鋼斃材撕提裂開船來的些現象潔，稱貓氫誘價發開就裂（HI櫻C）或氫莫鼓泡廈（HB）。413、氫額化物棄脆裂波（Hy證dr哈og裳enEm鍬br東it劈燕tl部em孟en焦t）氫化錘物脆鴿裂脆芬（HE）是指長由于央氫擴梢散到動金屬冊中以兇固溶朗態（嘆氫以H-、H、H+的形和態，引固溶挨于金堂屬中筆）存幕在，添或生漂成氫表化物饑而導向致材荷料斷假裂的孤現象狹。特征倉：敏感傲性隨磁溫度踐的降匆低及輪樣品甚有缺蓬口而餓增加與形寒變速括率關攜系密貿切氫化組物的欄形態賀、分染布對搭金屬腫的塑鐵性有拾明顯葉的影愁響：鵲薄片脆狀氫武化物午易產案生較別大的培應力盆集中上。42應力聾誘導拍氫脆在加撤負荷屠之前火并不聞存在愿斷裂座源，異而是幟在應抹力作敘用下鋼由于興氫與匹應力獨的交等互作丘用逐晨步形牽成斷鹽裂源沸。含氫特金屬澡在緩閘慢的職變形卷中逐努漸形破成裂善紋源筋，裂狡紋擴過展以談致脆迷裂。材料輛中的跡氫在慶應力始梯度瞇作用庫下向夫高的悟三向秧拉應悶力處發富集獸，當辯偏聚驚氫濃蒼度達銜到臨睜界值販時，所就會細在應耀力場卷的聯轟合作溪用下伯導致綢開裂倒。43氫脆烏的特女征一般陶發生休在-1雀00座—1坑50℃的溫感度范頓圍內今，室雞溫附率近(-尼30一30℃)最敏米感。形變泉速度快越大軟，出芽現現冬氫脆旺的溫逝度范希圍越垂窄，吉其塑鋸性降拒低愈途越小少。應區變速姓率愈瞎低，瞧氫脆怠愈敏從感。合金辜的脆怨性轉掌變溫漠度隨免合金詠中氫筐含量野增高之而升肌高。可逆岡性氫橫脆一蝦般對廁延伸壘率影口響較地小，泛而對選斷面瓜收縮亡率影竟響較階大。可逆投性氫您脆的跟裂紋冤擴展眨是不錢連續惕的，虧氫脆謎的裂盯紋源渠一般舞不在犧表面薯，裂奪紋較撿少有傳分枝上現象御。441、氫含劈燕量影宇響隨著先鋼中帥氫濃然度的謎增加齊，鋼捧的臨聾界應唯力下鳥降，諒延伸后率減夢小，價對氫肢的敏螺感性奮增大比。當魂氫氣陡中含片有雜臟質時超，會薯抑制所氫損調傷影響鑼氫損祖傷的就因素452、溫閥度的步影響氫脆俱一般屬發生膛在-3污0~寄30蠢℃范圍閥內。散溫度擾高于65襪℃，一責般不陣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