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應(yīng)力腐蝕是指金屬或合金在腐蝕介質(zhì)和拉應(yīng)力的協(xié)同作用下引起金屬或合金的破裂現(xiàn)象。
應(yīng)力腐蝕的特征是形成腐蝕——機(jī)械裂紋,陰極保護(hù)這種裂紋不僅可以沿著晶間發(fā)展,而且也可以穿過晶粒。由于裂紋向金屬內(nèi)部發(fā)展,使金屬或合金結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度大大降低,嚴(yán)重時(shí)能使金屬設(shè)備突然損壞。鎂合金犧牲陽極如果該設(shè)備是在高壓條件下工作,將引起嚴(yán)重的爆炸事故。微裂紋一旦形成,其擴(kuò)展速度很快,且在破壞前段有明顯的預(yù)兆,所以,應(yīng)力腐蝕是所有腐蝕類型中破壞性和危害性 大的一種。
工程上常用的材料,測(cè)試樁如不銹鋼、銅臺(tái)金、碳鋼和低合金高強(qiáng)度鋼等,在特定介質(zhì)中都可能產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕,依據(jù)腐蝕條件,可使材料結(jié)構(gòu)在幾分鐘或幾年內(nèi)破壞。常見的應(yīng)力腐蝕的例子有:蒸氣鍋爐鋼的“堿脆”,黃銅的“季裂”,高強(qiáng)度鋁合金的晶間腐蝕破裂,不銹鋼的應(yīng)力腐蝕開裂等。
關(guān)于應(yīng)力腐蝕如何產(chǎn)生,由于因素較為復(fù)雜,目前還無統(tǒng)一的見解。
研究金屬發(fā)生應(yīng)力腐蝕時(shí)發(fā)現(xiàn),當(dāng)向腐蝕體系施加陽極電流時(shí),裂紋加速擴(kuò)展;施加陰極電流時(shí),裂紋擴(kuò)展受到抑制甚至停止擴(kuò)展。這種現(xiàn)象表明,引起應(yīng)力腐蝕的原因與電化學(xué)過程密切相關(guān)。因此,可以把應(yīng)力腐蝕破裂看作電化學(xué)腐蝕和應(yīng)力的機(jī)械破壞互相促進(jìn)的結(jié)果。應(yīng)力腐蝕過程一般可分為三個(gè)階段。第一階段為孕育期,因腐蝕過程的局部化和拉應(yīng)力的結(jié)果,使裂紋生核;第二階段為腐蝕裂紋發(fā)展期,裂紋擴(kuò)展;在第三階段中,由于拉應(yīng)力的局部集中,裂紋急劇生長(zhǎng)導(dǎo)致材料的破壞。金屬和合金表面的缺陷部位或薄弱點(diǎn)由于電位比其它部位低,成為活性點(diǎn),為應(yīng)力腐蝕提供了裂紋核心。鎂合金犧牲陽極如果材料表面已經(jīng)有劃痕、小孔或縫隙存在,它們就是現(xiàn)成的裂紋核心。
微觀裂紋形成后,鋁熱焊劑裂紋尖端的應(yīng)力集中,高的集中應(yīng)力使裂紋尖端及附近區(qū)域屈服變形,微觀滑移再次破壞尖端表面膜,使尖端叉一次加速溶解。這些步驤連續(xù)交替進(jìn)行,裂紋便不斷向深處擴(kuò)展。這就是裂紋的擴(kuò)展階段。
隨著裂紋擴(kuò)展階段的進(jìn)行,拉應(yīng)力逐漸增大,應(yīng)力集中愈大,導(dǎo)致裂紋的迅速擴(kuò)展, 后導(dǎo)致了材料的破壞。