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什么是應(yīng)力腐蝕

發(fā)布日期:2021-03-04

金屬應(yīng)力腐蝕

腐蝕在化學(xué)工業(yè)中是最為常見的現(xiàn)象。下面我們來介紹下它的構(gòu)成:局部腐蝕和全部腐蝕。局部腐蝕又分為應(yīng)力腐蝕開裂、點(diǎn)腐蝕、晶間腐蝕、腐蝕疲勞以及縫隙腐蝕。

點(diǎn)腐蝕:點(diǎn)腐蝕簡(jiǎn)稱點(diǎn)蝕,是指金屬表面在腐蝕介質(zhì)中形成小孔的一種極為局部的腐蝕形態(tài),亦稱孔蝕。腐蝕小孔孤立地存在,有些則緊湊地在一起??孜g使金屬失重很少,但能使設(shè)備穿孔破壞??孜g是電化學(xué)反應(yīng)中陽極反應(yīng)的獨(dú)特形態(tài)。如若該金屬在此介質(zhì)中雖呈鈍態(tài),但介質(zhì)中含的活性陰離子(如氯離子)仍可優(yōu)先地有選擇地吸附在鈍化膜上,在特定點(diǎn)(如缺陷處、含雜質(zhì)處)上與鈍化膜中的陽離子結(jié)合成可溶性的化合物,該處便發(fā)生腐蝕小點(diǎn),成為點(diǎn)蝕核(約20~30pm)。再繼續(xù)發(fā)展可成為蝕孔 。

晶間腐蝕:晶間腐蝕是局部腐蝕的一種。沿著金屬晶粒間的分界面向內(nèi)部擴(kuò)展的腐蝕。主要由于晶粒表面和內(nèi)部間化學(xué)成分的差異以及晶界雜質(zhì)或內(nèi)應(yīng)力的存在。晶間腐蝕破壞晶粒間的結(jié)合,大大降低金屬的機(jī)械強(qiáng)度。而且腐蝕發(fā)生后金屬和合金的表面仍保持一定的金屬光澤,看不出被破壞的跡象,但晶粒間結(jié)合力顯著減弱,力學(xué)性能惡化, 不能經(jīng)受敲擊,所以是一種很危險(xiǎn)的腐蝕。通常出現(xiàn)于黃銅、硬鋁合金和一些不銹鋼、鎳基合金中。

 

腐蝕疲勞在交變載荷和腐蝕性介質(zhì)交互作用下形成裂紋及擴(kuò)展的現(xiàn)象。由于腐蝕介質(zhì)的作用而引起抗疲勞性能的降低(疲勞強(qiáng)度是指材料在無限多次交變載荷作用而不會(huì)產(chǎn)生破壞的最大應(yīng)力,稱為疲勞強(qiáng)度或疲勞極限。實(shí)際上,金屬材料并不可能作無限多次交變載荷試驗(yàn))。在交變載荷下首先在表面發(fā)生疲勞損傷,在連續(xù)的腐蝕環(huán)作用下最終發(fā)生斷裂或泄漏。對(duì)應(yīng)力腐蝕敏感或不敏感的材料都可能發(fā)生腐蝕疲勞,因此沒有一種金屬或合金能抗腐蝕疲勞。腐蝕疲勞裂紋通常為穿晶型的。與應(yīng)力腐蝕有一個(gè)不同點(diǎn)是,裂紋的應(yīng)力強(qiáng)度因子(反映裂紋尖端彈性應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)弱的物理量稱為應(yīng)力強(qiáng)度因子)。即使小于單純應(yīng)力腐蝕的臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子值(KISCC)時(shí)裂紋也會(huì)隨著時(shí)間而擴(kuò)展。腐蝕疲勞的最后斷裂階段是純機(jī)械性的,與介質(zhì)無關(guān)。

縫隙腐蝕是指在腐蝕介質(zhì)中的金屬表面上,在縫隙和其他隱蔽的區(qū)域內(nèi)發(fā)生的局部腐蝕??籽ā|片接觸面、搭接縫內(nèi)、沉積物下、緊固件縫隙內(nèi)是常發(fā)生縫隙腐蝕的地方。凡是依靠氧化膜或鈍化層抗腐蝕的金屬特別易發(fā)生這種腐蝕。在許多介質(zhì)中,特別是含氧的介質(zhì)中會(huì)發(fā)生縫隙腐蝕??p隙腐蝕也是一種電化學(xué)腐蝕。

全面腐蝕是最常見的腐蝕形態(tài),其特征是腐蝕分布于金屬的整個(gè)表面,使金屬整體減薄。發(fā)生全面腐蝕的條件是:腐蝕介質(zhì)能夠均勻地抵達(dá)金屬表面的各部位,而且金屬的成分和組織比較均勻。例如碳鋼或鋅板在稀硫酸中的溶解,以及某些材料在大氣中的腐蝕都是典型的全面腐蝕。

應(yīng)力腐蝕又是什么鬼呢?應(yīng)力腐蝕是指材料、機(jī)械零件或構(gòu)件在靜應(yīng)力(主要是拉應(yīng)力)和腐蝕的共同作用下產(chǎn)生的失效現(xiàn)象。是指在拉應(yīng)力作用下,金屬在腐蝕介質(zhì)中引起的破壞。這種腐蝕一般均穿過晶粒(金屬晶粒指在液態(tài)金屬冷卻凝固過程中,金屬原子形成的若干以晶核為核心按照一定的規(guī)則不斷地排列起來的晶體。),即所謂穿晶腐蝕。應(yīng)力腐蝕由殘余或外加應(yīng)力導(dǎo)致的應(yīng)變和腐蝕聯(lián)合作用產(chǎn)生的材料破壞過程。應(yīng)力腐蝕導(dǎo)致材料的斷裂稱為應(yīng)力腐蝕斷裂。

 

應(yīng)力腐蝕開裂的特征:

(1)工作狀態(tài)下構(gòu)件所承受的外加載荷形成的抗應(yīng)力;

(2)加工、制造、熱處理引起的內(nèi)應(yīng)力;

(3)裝配、安裝形成的內(nèi)應(yīng)力;

(4)溫差引起的熱應(yīng)力;

(5)裂紋內(nèi)因腐蝕產(chǎn)物的體積效應(yīng)造成的楔入作用也能產(chǎn)生裂紋擴(kuò)展所需要的應(yīng)力。

產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕破裂的材料——介質(zhì)組合。如下表所示。