當應力與腐蝕同時作用時,可以加速金屬的破壞。在最簡單的情況下,這兩個因素的破壞作用只是簡單疊加。如果是均勻腐蝕,則面積逐漸減小,使真實應力逐漸增加,最終達到材料的斷裂強度而斷裂;如果是晶間腐蝕,則晶間的結合力將會降低,外加的應力使腐蝕介質更容易沿晶界進行進一步的破壞,最終使殘余的晶間結合力不能承受外加應力而致斷裂。當應力不存在時,腐蝕甚微,施加應力并經過一段時間后,金屬會在腐蝕并不嚴重的情況下發生脆斷。這種應力(li)腐蝕斷裂有如下五個共同特征。
一(yi)、力學特征
1. 具備拉(la)應力
一(yi)般(ban)應(ying)(ying)(ying)力(li)腐(fu)蝕都(dou)在(zai)(zai)拉應(ying)(ying)(ying)力(li)下(xia)(xia)才發(fa)生,而在(zai)(zai)壓應(ying)(ying)(ying)力(li)下(xia)(xia)不發(fa)生應(ying)(ying)(ying)力(li)腐(fu)蝕,這種(zhong)拉伸應(ying)(ying)(ying)力(li)可以(yi)是工作狀態下(xia)(xia)材料(liao)承受(shou)外加載荷(he)造成(cheng)(cheng)的(de)工作應(ying)(ying)(ying)力(li);也(ye)可以(yi)是在(zai)(zai)生產(chan)、制造、加工和安裝過程(cheng)中在(zai)(zai)材料(liao)內(nei)部(bu)形(xing)成(cheng)(cheng)的(de)熱應(ying)(ying)(ying)力(li)、形(xing)變應(ying)(ying)(ying)力(li)等殘余應(ying)(ying)(ying)力(li);還可以(yi)是由裂紋內(nei)腐(fu)蝕產(chan)物的(de)體積效(xiao)應(ying)(ying)(ying)造成(cheng)(cheng)的(de)楔入(ru)作用或是陰極反(fan)應(ying)(ying)(ying)形(xing)成(cheng)(cheng)的(de)氫產(chan)生的(de)應(ying)(ying)(ying)力(li)。
2. 存(cun)在臨界應(ying)力
合金所承受的(de)應(ying)(ying)力(li)越小,斷(duan)裂(lie)時間越長,當應(ying)(ying)力(li)小于某(mou)一(yi)臨界(jie)值后,此應(ying)(ying)力(li)成為臨界(jie)應(ying)(ying)力(li)。在大多數的(de)材料-環(huan)境(jing)體系(xi)中,存在一(yi)個(ge)臨界(jie)應(ying)(ying)力(li),當應(ying)(ying)力(li)低于該(gai)臨界(jie)值時,則不(bu)產生(sheng)SCC.
二、環境特性
1. 腐蝕介質的特性
只有在特(te)定(ding)的腐蝕介質中(zhong)含有某(mou)些(xie)(xie)對發生應力(li)(li)腐蝕有特(te)效作用(yong)的離子(zi)、分(fen)子(zi)時才會(hui)發生應力(li)(li)腐蝕。這種特(te)定(ding)的腐蝕劑并不一定(ding)要大量存在,而且往往濃度(du)很低。表1.5列出了一些(xie)(xie)金屬和合金發生應力(li)(li)腐蝕的特(te)定(ding)介質。
2. 溶液的(de)濃度
值得(de)指出的(de)是(shi)(shi),即(ji)使有時整體濃度(du)是(shi)(shi)很低的(de),但是(shi)(shi)由于局部位(wei)置上(shang)的(de)濃縮作用(yong),使該(gai)處極易產生(sheng)局部腐(fu)蝕。
3. 具有一定的(de)電位范(fan)圍
從電(dian)化(hua)(hua)學的角度來看,材料(liao)與(yu)特定介質的偶合(he)導致應力腐蝕的條件是它(ta)發生在一定的電(dian)位(wei)范圍(wei)內,一般是發生在鈍化(hua)(hua)-活化(hua)(hua)的過(guo)渡區或(huo)鈍化(hua)(hua)-過(guo)鈍化(hua)(hua)區。
三、冶金(jin)學特性
1. 不同(tong)(tong)的化學成(cheng)分和純(chun)度(du)具有(you)不同(tong)(tong)應力(li)腐蝕敏感(gan)性
純(chun)金屬一(yi)度(du)被(bei)認(ren)為(wei)不發生應(ying)力(li)(li)腐蝕,但是通過實驗發現,純(chun)度(du)高達99.999%的銅(tong)及99.99%的鐵在一(yi)定(ding)條件下也發生了晶間應(ying)力(li)(li)腐蝕開裂,因此,認(ren)為(wei)合金比(bi)純(chun)金屬更易產生應(ying)力(li)(li)腐蝕是恰(qia)當的。
2. 不同組織具有不同的應力腐蝕(shi)敏感性
金屬晶(jing)體(ti)(ti)結構的差異也影響到材料的耐蝕(shi)(shi)性,體(ti)(ti)心(xin)立方晶(jing)格(ge)(鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)和(he)馬(ma)氏體(ti)(ti))比面心(xin)立方晶(jing)格(ge)(奧氏體(ti)(ti))更(geng)(geng)耐應力腐(fu)蝕(shi)(shi)。一(yi)般說來,粗晶(jing)粒(li)比細(xi)晶(jing)粒(li)對應力腐(fu)蝕(shi)(shi)更(geng)(geng)為(wei)敏(min)感(gan)。晶(jing)格(ge)缺陷,如(ru)晶(jing)界(jie)、亞晶(jing)界(jie)、露頭的位(wei)錯群(qun)等,對應力腐(fu)蝕(shi)(shi)破裂敏(min)感(gan),將(jiang)優先溶解,常(chang)常(chang)成為(wei)應力腐(fu)蝕(shi)(shi)破裂發生的裂縫源(yuan)。
四、應力腐蝕(shi)裂紋擴(kuo)展速率(lv)
金(jin)屬在(zai)無裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)、無蝕(shi)坑(keng)(keng)或(huo)缺陷的情(qing)況(kuang)下,應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)過(guo)程(cheng)可分(fen)為(wei)三個階(jie)(jie)(jie)(jie)段(duan):裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)萌生(sheng)(sheng)階(jie)(jie)(jie)(jie)段(duan),即由(you)于(yu)腐(fu)蝕(shi)引起裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)或(huo)蝕(shi)坑(keng)(keng)的階(jie)(jie)(jie)(jie)段(duan);裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)擴展階(jie)(jie)(jie)(jie)段(duan),即由(you)裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)源或(huo)蝕(shi)坑(keng)(keng)開始到達極限(xian)應(ying)力(li)值為(wei)止(zhi)的這(zhe)一階(jie)(jie)(jie)(jie)段(duan);失(shi)穩斷(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)階(jie)(jie)(jie)(jie)段(duan)。裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)萌生(sheng)(sheng)階(jie)(jie)(jie)(jie)段(duan)的長短取決于(yu)合(he)金(jin)的性能、環境的特性和(he)應(ying)力(li)的大(da)小,這(zhe)一時期短的僅幾(ji)(ji)分(fen)鐘,長的可達幾(ji)(ji)年(nian)、十幾(ji)(ji)年(nian)或(huo)幾(ji)(ji)十年(nian),裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)萌生(sheng)(sheng)期是服役壽(shou)命的主要部分(fen)。
五、應力腐蝕形態特征
1. 應力腐蝕的宏(hong)觀(guan)形態特征
即使具有(you)很(hen)高延性的金屬,其應力腐(fu)蝕仍具有(you)完全脆性的外觀(guan)。應力腐(fu)蝕都(dou)呈(cheng)脆性斷(duan)裂,應力腐(fu)蝕的宏觀(guan)斷(duan)口常(chang)有(you)放射花樣或人字紋。
2. 應(ying)力腐蝕的(de)微(wei)觀形態(tai)特征
應(ying)力腐(fu)蝕斷口的(de)(de)(de)微觀特(te)征比較復雜,它與鋼(gang)的(de)(de)(de)成分、熱處理、環(huan)境條件、應(ying)力狀態(tai)、晶體結(jie)構以(yi)及(ji)(ji)力學性能(neng)等有(you)關。金(jin)(jin)屬材(cai)料發生(sheng)應(ying)力腐(fu)蝕時(shi),僅在(zai)局部(bu)地(di)區出(chu)現(xian)由表(biao)及(ji)(ji)里(li)的(de)(de)(de)腐(fu)蝕裂紋,其裂紋形態(tai)主(zhu)要(yao)有(you)穿(chuan)晶型(xing)、晶界型(xing)和混合(he)型(xing)三種。不(bu)(bu)同的(de)(de)(de)金(jin)(jin)屬-環(huan)境體系,將出(chu)現(xian)不(bu)(bu)同的(de)(de)(de)裂紋形態(tai)。例如,軟鋼(gang)、銅合(he)金(jin)(jin)、鎳合(he)金(jin)(jin)多半顯(xian)(xian)(xian)晶界型(xing),奧氏體不(bu)(bu)銹鋼(gang)多半顯(xian)(xian)(xian)穿(chuan)晶型(xing),而鈦(tai)合(he)金(jin)(jin)多半顯(xian)(xian)(xian)混合(he)型(xing)。不(bu)(bu)論表(biao)現(xian)形式如何,裂紋的(de)(de)(de)共同特(te)點是在(zai)主(zhu)干裂紋延伸的(de)(de)(de)同時(shi)還有(you)若干分支同時(shi)發展,裂紋出(chu)在(zai)與最大(da)應(ying)力垂直的(de)(de)(de)平面(mian)上(shang),其破裂斷口顯(xian)(xian)(xian)現(xian)出(chu)脆性斷裂的(de)(de)(de)特(te)征。