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金属材料应力腐蚀开裂需要哪些条件?

     应力腐蚀开裂是指由于残余应力或外加应力引起的金属的腐蚀和应变共同作用导致开裂的过程。

    尽近年来聚合物和复合材料的就用越来越多,但金属仍然是重要的结构材料,这主要归因于它们的强度、刚度、韧性和耐高温。

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    不幸的是,金属会受到腐蚀的侵害(贵金属除外,如黄金和铂金,它们在常规条件下使用是相当罕见的)。腐蚀可以有多种形式,这里要谈的是腐蚀和机械应力相互作用的开裂形式。这种类型的失效被称为应力腐蚀开裂,通常缩写为SCC。SCC可能在多种机制下发生,如果开裂是氢脆导致的,这个词可以用来代替SCC。

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    然而,这种区别是相当武断的,我们常常不确定SCC的机制,实际上许多氢导致的失效也通常会归因于SCC。同样,其他特定的应力腐蚀开裂过程已经获得了自己的名字;“季裂”是指黄在含有氨的环境开裂;“碱脆”是指钢在强碱中开裂等。

    季裂最早发现是黄铜弹壳的一种应力腐蚀开裂失效形式,这一现象来自在印度的英国军队。在雨季里,军事活动会暂时性减少,弹药被存放在马厩里,直到干燥的天气再取回。后来发现许多黄铜弹壳不明原因地发生了破裂。直到1921年,Moor,Beckinsale和Mallinson等人对这种现象进行了解释:黄铜弹壳开裂的原因是马尿中的氨与冷拔金属弹壳中的残余应力相结合,共同导致了黄铜弹壳的应力腐蚀开裂。

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    SCC是一种阴险的腐蚀形式,它会产生显著的机械强度损失,但金属损失很小。损坏不明显以至于偶然检查很难发现,应力腐蚀裂纹可以触发机械快速断裂甚至组件和结构的灾难性失效。一些重大的灾害是应力腐蚀开裂造成的,包括高压气体输送管道破裂、锅炉爆炸以及电站和炼油厂的破坏事故。

    幸运的是,SCC的发生取决于三个条件必须同时达成:

    a)敏感材料。苍蝇不叮无缝的鸡蛋,要生发生应力腐蚀开裂,首先得是敏感性的材料。材料具有敏感性给我们的提示是,在一些可能发生应力腐蚀开裂的工况环境,选材要慎重。如304等奥氏体不锈钢在含有氯的环境服役,应力腐蚀开裂是尤其应该注意的问题。奥氏体不锈钢是面心立方金属,面心立方金属尤其容易发生应力腐蚀开裂,这是晶体结构决定的。

    b)容易引起应力腐蚀开裂的环境。即使材料敏感,没有导致应力腐蚀开裂的介质也是不会发生应力腐蚀开裂的,它好比硬币的AB面。环境介质也是应力腐蚀开裂的重要条件。

    c)足够的拉应力。通常认为静态拉应力是导致应力腐蚀开裂的充分必要条件。有人会问,那要是交变载荷呢?小编认为可能要归于腐蚀疲劳了。为什么说发生应力腐蚀开裂需要足够的静态拉应力呢?因为它需要满足一个腐蚀状态下的临界应力强度因子。

    应力腐蚀开裂在通常结构材料中是比较罕见的,但在海洋、电厂、化工和石油钻采等领域是非常常见的破坏形式,并且这种失效可能造成的代价是十分巨大的。


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