应力腐蚀概述
应力腐蚀概述
应力腐蚀概述
应力腐蚀是一种材料在同时受到应力和特定腐蚀介质作用下发生的破坏现象。它被广泛应用于金属材料的工程设计和失效分析。应力腐蚀的研究对于提高材料的耐蚀性能以及确保工程结构的安全是至关重要的。本文将对应力腐蚀的定义、机理、预防措施以及相关领域的应用进行概述。
一、应力腐蚀的定义
应力腐蚀是指金属材料在受到应力和特定腐蚀介质作用下产生的破坏。这种破坏的特点是剧烈，严重影响材料的使用寿命和安全性。应力腐蚀与单独的应力或腐蚀介质作用下的腐蚀具有明显的区别，需要同时满足应力和特定腐蚀介质的作用才会发生。
二、应力腐蚀的机理
应力腐蚀的机理非常复杂，一般包括三个要素：金属材料、应力和腐蚀介质。在应力腐蚀环境中，金属表面的被动膜被破坏，导致金属原子与腐蚀介质发生直接作用。这种作用会引起金属表面的溶解，形成裂纹或表面腐蚀。同时，应力会加剧腐蚀过程，并促使裂纹的扩展和破坏。
三、应力腐蚀的预防措施
为了减少应力腐蚀的发生，可以采取一系列的预防措施。首先，选择适合的材料是非常重要的。某些材料对特定腐蚀介质表现出更好的抗腐蚀性能，因此在设计和使用过程中应选择这些材料。其次，通过
适当的设计和加工可以减少应力的集中和作用时间，从而降低应力腐
蚀的风险。此外，应在设计和施工中注意腐蚀控制和材料保护，定期
检测和维护工程结构的完整性。
四、应力腐蚀在相关领域的应用
应力腐蚀广泛应用于金属材料的工程设计和失效分析。在航空航天
领域，应力腐蚀是导致飞机、火箭和导弹等航天器件失效的主要原因
之一。在核能领域，应力腐蚀研究对于保证核反应堆的安全运行至关
金属设备的应力腐蚀及预防措施
金属/设备的应力腐蚀及预防措施
一、应力腐蚀的机理和特点
1．应力腐蚀----金属/设备在拉应力和腐蚀介质同时作用下产生脆性破裂，叫应力腐蚀破裂。
2．应力腐蚀破裂的裂缝形态----主要有二种：
a.沿晶界发展，称晶间破裂。
b.裂缝穿过晶粒，称穿晶破裂。
也有混合型，主逢为晶间型，支缝或尖端为穿晶型。
3．应力腐蚀的特征----
a.必须存在拉应力（外加载核、热应力、冷/热加工或焊接后的残余应力等），若存在压应力则可抑制这种腐蚀。
b.发生应力腐蚀开裂(SCC)必须同时满足材料、环境、应力三者的特定条件。也就是说一般只发生在一定的体系，如奥氏体不锈钢/CI-体系，碳钢/NO-3体系，铜合金/NH+4体系等。根据介质主要成分为氯化物、氢氧化物、硝酸盐、氨、含氧水及硫化物等，而分别称为氯裂（氯脆）、碱裂（碱脆）、硝裂（硝脆）、氨裂（氨脆）、氧裂（氧脆），还有硫化物应力开裂等。
c. 应力腐蚀开裂与单纯由机械应力造成的开裂不同，它在极低的负荷应力下也能产生开裂。
d. 应力腐蚀开裂与单纯由腐蚀引起的开裂也不同，腐蚀性极弱的介质也能引起应力腐蚀开裂。其全面腐蚀常常很轻，而且没有变形预兆，即发生突然断裂，应力腐蚀是工业生产中危害性最大的一种恶性
腐蚀类型。
4．应力腐蚀的机理----应力腐蚀的机理很复杂，按照左景伊提出的理论，破裂的发生和发展可区分为三个阶段：
a.金属表面生成钝化膜或保护膜。
b. 钝化膜或保护膜局部破裂，产生孔蚀或裂缝源。
c.裂缝内发生加速腐蚀，在拉应力作用下，以垂直于应力的方向深入金属内部。裂缝多半有分枝，裂缝端部尖锐，端部的扩张速度很快，断口具有脆性断裂的特征。
应力腐蚀
三、应力腐蚀指标
应力腐蚀门槛值：KISCC 1、当KI<KISCC时，在应力作用下，材料或零件可以 长期处于腐蚀环境中而不发生破坏； 2、当KISCC<KI<KIC时，在腐蚀环境和应力共同作用 下，裂纹呈亚临界扩展，随着裂纹不断增大，达到 KIC断裂； 3、当KI>KIC时，加上初始载荷后，试样立即断裂。
二、腐蚀的类型
1．根据金属腐蚀的机理不同分类 化学腐蚀与电化学腐蚀 2．根据腐蚀的环境分类 大气腐蚀、海水腐蚀、淡水腐蚀、土壤腐蚀 3．根据腐蚀破坏的外部特征分类 (1)全面腐蚀 (2)局部腐蚀 (3)应力和环境介质共同作用下的腐蚀 (应力腐蚀断裂、腐蚀疲劳、氢损伤)
第二节 应力腐蚀断裂
一、应力腐蚀现象及产生的条件
应力腐蚀测试方法
载荷恒定法
四、影响应力腐蚀断裂的因素 1．应力因素 应力腐蚀断裂能否发生以及断裂时间都与应力大小有 关，当应力大小达到70％一90％σs时，就可以使材料发 生应力腐蚀断裂，而且应力愈大时，材料断裂时间愈 短。 2．介质环境因素 (1)特殊离子及浓度的影响：氧化剂的存在对SCC倾向 有明显影响； (2)温度的影响：不同金属材料在一定介质中产生SCC 都有一个温度范围；
当材料晶间产生偏析，与晶内组成微电池，也会引起 微电池腐蚀。在拉应力的作用下这种腐蚀也会不断进 行，最后导致应力腐蚀断裂，
2.氢致开裂机理
应力腐蚀的名词解释
应力腐蚀的名词解释
应力腐蚀，作为材料科学领域的一个重要概念，指的是在特定的环境条件下，应力和腐蚀共同作用导致材料发生破坏的现象。它是一种使工程材料失效的特殊腐蚀形式，可在各种工业领域中产生严重的后果。本文将以解释应力腐蚀的含义为主题，探讨其原理、危害、应对措施以及相关研究的新进展。
首先，需要明确应力腐蚀的基本概念和工作原理。应力腐蚀的发生需要同时存在应力和腐蚀介质，应力可以是外加的、或由材料自身的残余应力产生。当材料处于一定应力环境下，腐蚀介质的存在将增加材料的腐蚀倾向。在应力和腐蚀作用共同作用下，材料会出现裂纹和脱落等损伤，最终导致材料失效。应力腐蚀与其他腐蚀形式相比，其破坏速度通常更快且难以预测，因此对于工程材料来说是一个非常重要的考虑因素。
接下来，我们将探讨应力腐蚀对材料性能和结构的危害。首先，应力腐蚀可能导致材料的力学性能下降，比如降低材料的强度、延展性和韧性等，从而对工程结构的安全性产生重大负面影响。其次，在一些特殊的应用场景中，例如航空航天、核电等领域，应力腐蚀对材料的耐久性和可靠性提出了更高的要求。若接触到腐蚀性介质的材料发生应力腐蚀，不仅会导致经济损失，更为严重的是可能引发重大事故，甚至威胁人员生命安全。
为了解决应力腐蚀问题，人们采取了一系列的防护措施。其中，对于金属材料来说，选择合适的材料对腐蚀介质的抗蚀性能至关重要。此外，设计合理的结构减少应力集中、避免材料应力超过临界值也是有效的方法。此外，对于某些特殊环境条件下的应用，如海水腐蚀、高温高压腐蚀等，还需要通过涂层、阻挡膜、阳极保护等技术手段来提高材料的耐蚀性能。此外，通过改变材料的热处理工艺或添加抑制杂质的合金元素，也可以提升材料的抗腐蚀性能。
应力腐蚀
D (150)
2 M.D
(30)
M.D (100)
D (100)
M. D (100)
N:未破裂
M:母材内破裂
括号内数字为试验时间
N (150)
N (150)
N (150)
N (150)
D:焊缝内破裂
应 力
（ 30
公 斤 ／
毫 20
米 ）
10
未喷丸处理 喷丸处理
²
10²
10³
10⁴
破断时间（分）
应力的种类
加工残余应力 焊接残余应力 操作时热应力 操作时工作应力 安装j机器时的约束力 合计
件 数 比例（％）
55
48.7
35
31.0
17
15.0
4
3.5
2
1.8
113
100
特征
(1)主要是合金发生SCC，纯金属极少发生 (2)对环境的选择性，形成了所谓“SCC的材料
―环境组合”。
产生应力腐蚀破裂的材料-介质组合
制铬镍钢的腐蚀。
典型案例
液氨储罐应力腐蚀破裂： 材质为碳钢，腐蚀裂纹在液相和汽相均有发现 奥氏体不锈钢在氯化物溶液中
Cl-浓度小于10-6才是安全的 H2S对钢制压力容器的腐蚀
液化石油气储罐，材质为16MnR，严格控制 石油气中H2S含量，在10ppm以下。
应力腐蚀
差 异
• 应力腐蚀：
沿晶裂纹优先在表面生核，源点有大量的腐蚀产物。 沿晶区有严重的二次裂纹或腐蚀坑。 穿晶型的应力腐蚀断口，往往具有泥纹状花样等特征。
• 氢脆：
沿晶断裂起源于皮下，呈多源断裂。 断口上撕裂棱较多，二次裂纹较少，尚可观察到平行 条纹花样，但不同于疲劳纹。 在沿晶区能发现韧窝及发纹，在某些区域可观察到氢 所引起的准解理面。
宏观分叉尺寸较大，有时达几毫米，甚至厘 米。主裂纹上长出两个或多个几乎以相同 速度扩展的分叉裂纹，分叉间常常是锐角。
2、微观特征
1）泥纹状花样，腐蚀产物覆盖断口所致。 2）微观分叉，尺寸较小，通常在一个晶粒范 围内。 3）裂纹既可穿晶，也可沿晶扩展。
三、应力腐蚀和氢脆的比较
广义均属应力腐蚀
一、应力腐蚀 1、宏观特征
1）断口平齐，垂直于主应力方向，无明显塑性变形 痕迹和唇口，断口一般呈颗粒状，呈现明显的脆 性特征。 2）应力腐蚀是一种局部腐蚀，但裂纹常常被腐蚀产 物覆盖，因而断口灰暗。 3）断口一般有三个区域： 断裂源区、缓慢扩展区、瞬断区
Baidu Nhomakorabea 4）应力腐蚀裂纹扩展过程中常常出现分叉。
3.3 应力腐蚀和氢脆断裂
某些金属或合金在腐蚀性介质中，受拉应力（或残 余应力）的作用，同时又有电化学腐蚀而导致正 常的韧性材料迅速开裂和早期脆性损坏的现象， 称为应力腐蚀断裂。 某些金属或合金中原来就存在或吸收了过量的氢， 在外加张应力或残余应力的作用下引起的脆性开 裂称为氢脆断裂。 二者常常共存。
应力腐蚀
二.应力腐蚀断裂 应力腐蚀试验方法
1. 恒载荷试验：是利用砝码、力矩、弹簧等对试样施加一定载荷以实
不锈钢的应力腐蚀
现象：NaCl及高温水中 机理：阳极溶解型 在应力的协同作用下，加速金属内活化区的溶解而导致断裂的机理
高强钢的应力腐蚀
现象：海水及硫化物中破裂 机理：环境氢脆 原因：氢渗入材料内部
二.应力腐蚀断裂
应力－力学因素
拉伸应力来源： 1. 残余应力－加工、冶炼、装配过程中产生的 2. 外应力及工作所承受的载荷
3. 体积效应所造成的不均匀应力
应力在特定破裂体系中起以下作用
应力引起塑性变形； 应力使腐蚀产生的裂纹向纵深扩展
应力使能量集中于局部
பைடு நூலகம்
二.应力腐蚀断裂
腐蚀－电化学因素
凡是能促使钝化膜不稳定的电势区域，都易产生应力腐蚀断裂 在活化－钝化以及钝化－再活化过渡区的很窄电位区内容易发生应力腐蚀
二.应力腐蚀断裂
现应力腐蚀试验，这种加载方式 往往用于模拟工程构件可能受到的工作 应力或加工应力。
2. 恒应变试验：是通过拉伸或弯曲使试样变形而产生拉应力，利用具有
3.6 应力腐蚀
SCC在一定的临界电位范围内产生
• 一般发生在钝化—活化过渡区或钝化—过钝化区。
3.6.2.2 应力腐蚀断裂特征
• 应力腐蚀断裂从宏观上属于脆性断裂。即使塑性很 高的材料也无颈缩、无杯锥状现象。 • 腐蚀介质作用，断口表面颜色呈黑色或灰黑色。 • SCC 方式有穿晶断裂、晶间型断裂、穿晶与晶间混 合型断裂。 • 晶间断裂呈冰糖块状;穿晶断裂具有河流花样等特征。 SCC断口微观特征较复杂，视具体合金与环境而定. • 微断口上往往可见腐蚀坑及二次裂纹。 • 断裂的途径与具体的材料-环境有关。裂纹走向与主 拉伸应力的方向垂直。 • 腐蚀裂缝的纵深比其宽度要大几个数量级。裂纹一 般呈树枝状
应力腐蚀发生的条件
2)特定的腐蚀介质。对于某种合金，能发生应力腐蚀断 裂与其所处的特定的腐蚀介质有关。 • 而且介质中能引起SCC物质浓度一般都很低． • 如N2O4中含有痕量的O2就可使Ti合金贮罐发生破型，
• 在核电站高温水介质中仅含质量分数为ppmCl-和O2时，
奥氏体不锈钢就可发生应力腐蚀开裂。 •
3.6.3 应力腐蚀机理
• 实际中 SCC 的体系太多，导致 SCC 因素复杂。仅介 绍较普遍接受的三种机理。 • 3.6.3.1 阳极快速溶解理论 • Hoar and Hines首先提出阳极快速溶解理论。 • 裂纹一旦形成, 裂纹尖端的应力集中导致裂纹尖端前 沿区发生迅速屈服，晶体内位错沿着滑移面连续地 到达裂纹尖端前沿表面，产生大量瞬间活性溶解质 点，导致裂纹尖端(阳极)快速溶解。文献报导,裂纹 尖端处的电流密度高达0.5A/cm2，而裂纹两测仅约 为10-5A/cm2。
应力腐蚀
应力腐蚀
（一）应力腐蚀现象
金属在拉应力和特定的化学介质共同作用下，经过一段时间后所产生的低应力脆断现象，称为应力腐蚀断裂。
应力腐蚀断裂并不是金属在应力作用下的机械性破坏与在化学介质作用下的腐蚀性破坏的迭加所造成的，而是在应力和化学介质的联合作用下，按持有机理产生的断裂。其断裂抗力比单个因素分别作用后再迭加起来的要低很多。由拉伸应力和腐蚀介质联合作用而引起的低应力脆性断裂称为应力腐蚀（常用英文的三个字头SCC表示）。不论是韧性材料还是脆性材料都可能产生应力腐蚀断裂。
应力腐蚀断裂一般都是在特定的条件下产生的：
1．只有在拉伸应力作用下才能引起应力腐蚀开裂(近来有研究说压应力下也可能产生)。这种拉应力可以是外加载荷造成的应力；也可以是各种残余应力，如焊接残余应力，热处理残余应力和装配应力等。一般情况下，产生应力腐蚀时的拉应力都很低，如果没有腐蚀介质的联合作用，机件可以在该应力下长期工作而不产生断裂。
2．产生应力腐蚀的环境总是存在特定腐蚀介质，这种腐蚀介质一般都很弱，如果没有拉应力的同时作用，材料在这种介质中腐蚀速度很慢。产生应力腐蚀的介质一般都是特定的，也就是说，每种材料只对某些介质敏感，而这种介质对其它材料可能没有明显作用，如黄铜在氨气氛中，不锈钢在具有氯离子的腐蚀介质中容易发生应力腐蚀，但反应过来不锈钢对氨气，黄铜对氯离子就不敏感。
3．一般只有合金才产生应力腐蚀,纯金属不会产生这种现象.合金也只有在拉伸应力与特定腐蚀介质联合作用下才会产生应力腐蚀断裂。
常见合金的应力腐蚀介质：
碳钢：荷性钠溶液，氯溶液，硝酸盐水溶液，H2S水溶液，海水，海洋大气与工业大气
铝合金的应力腐蚀
铝合金的应力腐蚀
应力腐蚀是指在特定应力环境下，金属材料遭受腐蚀的现象。对
于铝合金来说，也存在应力腐蚀的问题。
铝合金在一些特定条件下，如高温、高氯离子浓度、应力等环境
下容易发生应力腐蚀。应力腐蚀会导致铝合金的力学性能下降，甚至
引发严重的破坏。
应力腐蚀对铝合金的影响是由于一些特定条件下，铝合金表面的
保护层受到破坏，使得金属表面裸露出来。在高应力作用下，金属结
构上的缺陷、裂纹等容易与外界介质相互作用，加速金属腐蚀的进程。
为了避免铝合金遭受应力腐蚀，可以通过以下措施进行防护：
1. 避免高应力环境：避免在高应力环境下使用铝合金材料，如尽量避
免应用于高温、高氯离子浓度的场合。
2. 表面处理：通过表面处理方法，如阳极氧化、镀层等，形成一层保
护层，减弱金属表面遭受腐蚀的可能性。
3. 合理设计：在设计上合理避免应力集中，减少铝合金的应力水平，
从而降低应力腐蚀的风险。
4. 控制环境条件：控制环境中的温度、氧气、湿度等因素，尽量减少
对铝合金的腐蚀影响。
总之，铝合金在特定条件下容易出现应力腐蚀问题，因此在使用
时需要采取相应的防护措施来减少应力腐蚀的风险。
如何预防应力腐蚀
如何预防应力腐蚀
引言
应力腐蚀是一种危险而常见的金属材料腐蚀形式，它可以导致金属材料在应力
存在下发生无明显外部腐蚀的情况下受损。应力腐蚀对于许多行业和领域的设备和工具都可能带来严重的影响。为了预防应力腐蚀的发生，我们需要采取一系列的措施。本文将介绍应力腐蚀的原因、预防措施及其应用。
什么是应力腐蚀？
应力腐蚀是指金属材料在特定的应力环境下，与特定的腐蚀介质相结合，引发
金属结构受损的现象。通常情况下，应力腐蚀不会导致明显的外部腐蚀，而是在应力作用下引发金属材料的裂纹和断裂。
应力腐蚀的原因
应力腐蚀的发生原因是复杂的，但与以下几个因素密切相关：
1.应力环境：金属材料处于特定的应力环境下时，容易发生应力腐蚀。
这些环境包括高温、高压、湿度、盐水等。
2.腐蚀介质：某些特定的腐蚀介质对特定的金属材料具有强大的腐蚀作
用，它们与应力结合会导致应力腐蚀的发生。
3.金属结构：金属材料的结构特性也会影响应力腐蚀的发生。晶体缺陷、
孔隙、应力集中等都会增加金属材料受应力腐蚀的风险。
预防应力腐蚀的措施
为了预防应力腐蚀的发生，我们可以采取以下几个措施：
1.合理选择金属材料
合理选择金属材料是预防应力腐蚀的基础。了解不同金属材料的抗腐蚀能力、
耐应力腐蚀性能等特性，根据具体应用环境选择相应的金属材料。例如，对于高温高压环境下的设备，应选择具有高耐腐蚀性能的合金材料。
2.控制应力环境
合理控制应力环境可以最大程度地减少应力腐蚀的发生。例如，通过正确的温度、压力和湿度控制，避免金属材料处于超过其承受能力的应力环境中。
3.防止腐蚀介质的侵入
蠕变、应力腐蚀、氢脆
1应力腐蚀定义
应力腐蚀破坏：机器零件受腐蚀介质和静应力 联合作用而失效的现象。
应力腐蚀断裂（stress corrosion cracking）： （SCC）金属在应力和特定化学介质共同作用
℃
下，经过一段时间后所产生低应力脆断现象。 应力腐蚀开裂是危害性最大的局部腐蚀之一，
在腐蚀过程中，若有微裂纹形成，其扩展速度 比其他类型的局部腐蚀要快几个数量级。
39
氢脆
❖ 1氢脆定义 ❖ 2氢脆分类 ❖ 3氢脆破坏特点 ❖ 4氢脆与应力腐蚀的关系 ❖ 5氢脆的防治措施
40
1氢脆定义
氢脆（hydrogen embrittlement）是由于氢和应 力的共同作用而导致金属材料产生塑性下降、 断裂或损伤的现象。
从力学性能来看，氢脆有以下表现：
氢对金属材料的强度影响不大，但使断面收缩 率严重下降，疲劳寿命明显缩短，冲击韧性值 显著降低，在低于断裂强度的拉伸应力作用下， 材料经过一段时间后会突然脆断。
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1氢脆定义
在近代工业发展中，大量实践证明，几乎所有 金属材料都有不同程度的氢脆倾向。
氢又是石油化工业中的重要原料和工作介质， 钢材长期和氢接触，不但可能变脆，而且在较 高温度下可能被氢腐蚀。
如炼油过程中的一些加氢反应装置
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2氢脆分类
按照氢的来源可将氢脆分为内部氢脆和环境氢 脆。
应力腐蚀
第二节应力腐蚀开裂
（此处缺内容）
应力腐蚀开裂是危害性最大的局部腐蚀形态破坏形式之一，在腐蚀过程中，若有微裂纹形成，其扩展速度比其它类型的局部腐蚀速度要快几个数量级，SCC是一种“灾难性的腐蚀”如桥梁坍塌，飞机失事，油罐爆炸，管道泄漏都造成了巨大的生命和财产损失。此外，如核电站，船只，锅炉，石油化工也都发生过应力腐蚀断裂的事故。
二，应力腐蚀开裂的特征。
（一）引起应力腐蚀开裂的往往是拉应力。
这种拉应力的来源可以是：
1，工作状态下构件所承受的外加载荷形成的抗应力。
2，加工，制造，热处理引起的内应力。
3，装配，安装形成的内应力。
4，温差引起的热应力。
5，裂纹内因腐蚀产物的体积效应造成的楔入作用也能产生裂纹扩展所需要的应力。
（二）每种合金的应力腐蚀开裂只对某些特殊介质敏感。
一般认为纯金属不易发生应力腐蚀开裂，合金比纯金属更易发生应力腐蚀开裂。下表列出了各种合金风应力腐蚀开裂的环境介质体系，介质有特点：即
23引起钢和铜合金的应力腐蚀开裂。空气中少量的NH3是鼻子嗅不到的，却能引起黄铜的氨脆。19世纪下半叶，英军在印度生产的弹壳每到雨季就会发生破裂。由于不了解真正的原因，当时给了个不恰当的名字叫“季脆”（原因是黄铜弹壳（1）应力加上印度大气中含有微量NH3）。再如奥氏体不锈钢在含有几个ppm氯离子的高纯水中就会出现应力腐蚀开裂。再如低碳钢在硝酸盐溶液中的“硝脆”，碳钢在强碱溶液中的“碱脆”都是给定材料和特定环境介质结合
后发生的破坏。氯离子能引起不锈钢的应力腐蚀开裂，而硝酸根离子对不锈钢不起作用，反之，硝酸根离子能引起低碳钢的应力腐蚀开裂，而氯离子对低碳钢不起作用。
应力腐蚀
应力腐蚀
中文名称：应力腐蚀
英文名称：stress corrosion
定义1：材料在拉应力集中和特定的腐蚀环境共同作用下发生腐蚀裂纹扩展的现
象。
所属学科：电力（一级学科）；热工自动化、电厂化学与金属（二级学科）
定义2：由残余或外加应力和腐蚀联合作用所产生的材料破坏过程。
所属学科：机械工程（一级学科）；腐蚀与保护（二级学科）；腐蚀类型（三级学科）
定义3：材料在腐蚀介质和拉应力共同作用下，引发裂纹导致断裂的现象。
所属学科：水利科技（一级学科）；工程力学、工程结构、建筑材料（二级学科）；
工程
简介
材料、机械零件或构件在静应力(主要是拉应力)和腐蚀的共同作用下产生的失效现象。它常出现于锅炉用钢、黄铜、高强度铝合金和不锈钢中，凝汽器管、矿山用钢索、飞机紧急刹车用高压气瓶内壁等所产生的应力腐蚀也很显著。常见应力腐蚀的机理是：零件或构件在应力和腐蚀介质作用下，表面的氧化膜被腐蚀而受到破坏,破坏的表面和未破坏的表面分别形成阳极和阴极,阳极处的金属成为离子而被溶解，产生电流流向阴极。由于阳极面积比阴极的小得多，阳极的电流密度很大，进一步腐蚀已破坏的表面。加上拉应力的作用，破坏处逐渐形成裂纹，裂纹随时间逐渐扩展直到断裂。这种裂纹不仅可以沿着金属晶粒边界发展，而且还能穿过晶粒发展。应力腐蚀过程试验研究表明：当金属加上阳极电流时可以加剧应力腐蚀，而加上阴极电流时则能停止应力腐蚀。一般认为压应力对应力腐蚀的影响不大。名词解释
应力腐蚀是指在拉应力作用下，金属在腐蚀介质中引起的破坏。这种腐蚀一般均穿过晶粒，即所谓穿晶腐蚀。应力腐蚀由残余或外加应力导致
应力腐蚀现象的判断方法
应力腐蚀现象的判断方法
应力腐蚀是指当金属材料处于介质中受到应力加载时，由于其化学成分、环境条件和应力作用，导致金属材料发生腐蚀破损的现象。应力腐蚀是金属材料工程中一种严重的破坏性现象，因此对应力腐蚀的判断方法具有重要意义。
1.观察破坏形态：应力腐蚀的破坏形态通常呈现出明显的特征，包括晶粒腐蚀、溃缘腐蚀、沿晶腐蚀等。通过对破坏形态的观察和分析，可以初步判断材料是否受到了应力腐蚀的影响。
2.检测裂纹：应力腐蚀常常导致材料出现微小的裂纹，因此通过裂纹检测来判断是否存在应力腐蚀也是一种常见方法。常用的裂纹检测方法包括渗透检测、X射线检测、超声波检测等。
3.变形测量：应力腐蚀对材料的变形、变形速度等也有一定的影响。通过对材料变形进行测量，可以确定是否存在应力腐蚀破坏。常用的变形测量方法包括应变计技术、光学测量技术等。
4.电化学测试：应力腐蚀往往伴随着电化学反应的发生，因此通过电化学测试也可以对应力腐蚀的存在与否进行判断。常用的电化学测试方法包括极化曲线测试、交流阻抗测试等。
5.环境分析：应力腐蚀的发生和程度与介质的化学成分、温度、流动速度等环境条件有关。通过对环境的分析和判断，可以初步确定材料是否受到应力腐蚀影响。
6.可视化观察：通过显微镜观察试样的表面和断口形貌，可以分析应力腐蚀的特征，如晶界腐蚀、溶解型腐蚀等。同时，还可以使用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等先进的观察技术，以更精确地判断应力腐蚀程度和机制。
7.化学分析：通过对试样进行化学成分分析，可以对应力腐蚀的发生和机制进行初步判断。例如，通过化学成分的变化来判断是否发生了腐蚀。
应力腐蚀概述
4. 影响因素 3． 介质环境因素 金属材料所处的介质的性质、成 分、浓度、pH值、温度等等因素 都对应力腐蚀破裂有很大的影响．
4. 影响因素
4 电极电位的影响 电位对应力腐蚀破裂起决定性作用。应力腐 蚀破裂只发生在一定的电位范围内，这个范围 大约只有几百mv。不同材料在不同介质中发 生应力腐蚀的电位区(敏感电位区)不同。
5. 特点 (1)应力腐蚀裂纹往往是从接触腐蚀介质的表 面开始，向金属的内部扩展，在压力容器中， 应力腐蚀裂纹往往是从容器的内表面开始，沿 壁厚向外表面扩展，直至泄漏或破裂，开始时 往往不易被发现． (2)应力腐蚀裂纹的萌生和扩展有一个过程， 所以它是一种延迟性的破裂形式。可以很短， 也可能很长，可以从几秒到几十年．
一 SCC
1
三个主要特征
必须有应力 •腐蚀介质是特定的 •断裂速度约在10-8~10-6m/s数量范围内， 远大于没有应力时的腐蚀速度，又远小于单 纯力学因素引起的断裂速度。一般呈脆性断 裂。
•
一 SCC
SCC
2 SCC破裂类型
应力腐蚀破裂按照电化学的观点，基本上可以分为两大 类，一类是裂纹尖端处于阳极区，以阳极快速溶解占主导地 位的，称之为应力—阳极开裂，通常称这类破裂型式为应力 腐蚀破裂；另一类是裂纹尖端处于阴极 区，以阴极反应为主，阴极反应的结果是原子氢大量地进入 金属的内部，产生氢脆，这种形式的破坏，称之为应力—阴 极开裂——环境氢脆
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4. 影响因素 3． 介质环境因素 金属材料所处的介质的性质、成 分、浓度、pH值、温度等等因素 都对应力腐蚀破裂有很大的影响．
4. 影响因素
4 电极电位的影响 电位对应力腐蚀破裂起决定性作用。应力腐 蚀破裂只发生在一定的电位范围内，这个范围 大约只有几百mv。不同材料在不同介质中发 生应力腐蚀的电位区(敏感电位区)不同。
一 SCC
材料在静应力和腐蚀介质共同作用下发生的脆性 开裂破坏现象称为应力腐蚀开裂，简称应力腐 蚀。应力腐蚀是危害最大的腐蚀形态之一。应 力腐蚀应是电化学腐蚀和应力机械破坏互相促 进裂纹的生成和扩展的过程。 敏感的合金、特定的介质和一定的静应力是发生 应力腐蚀的三个必要条件。对于一定的材料， 其应力腐蚀只在特定的介质中发生。这种材料 与敏感介质的组合关系，称为应力腐蚀体系。 应力腐蚀的机理分为阳极溶解和氢脆机理两种。
Mechanisms
阳极溶解机理——穿晶 OA—溶液浸入膜中孔洞，发生阳极溶解 AB——阳极反应产物封闭孔洞， 修补钝化膜。 BC——膜破坏，发生阳极溶解，形成微 裂纹。 CD——C点时裂纹张开，D点为断裂 点。对应于C及D的时间分别叫作孕育期 断裂时间。 DE——断面又迅速成膜。
2 SCC破裂类型
3个阶段Three stages
2 SCC破裂类型
– 裂纹起源 – 介质缓慢攻击产生凹坑 – 慢速裂纹扩展 – 快速断裂
3. 一般过程
Stress corrosion cracking
3. 一般过程
4. 影响因素
1．物理冶金因素 例如，金属材料的冶炼方式、化学成分及其偏析情况 ，组织、晶粒度、晶格缺陷及其分布情况，材料的物理 、化学及机械等方面的性能，材料的热处理状态及表面 状况等等
4. 影响因素
4. 影响因素
4. 影响因素
4. 影响因素
4. 影响因素
2． 力学因素 应力腐蚀与材料所承受的载荷性质、大小及 应力分布状态等有关；同时还与材料所经受的 加工过程和服役过程的应力应变的大小变化和 历史过程有关．例如，金属材料在经过焊接加 工以后，由于焊接过程所引起的应力应变的状 况，将对应力腐蚀破裂有直接的影响．
Mechanisms
阳极溶解机理——沿晶
2 SCC破裂类型
应力作用 总之，应力腐蚀过程中，应力导致的应变破坏了保护膜，形 成了局部阳极区；在这个阳极区中，腐蚀沿着已存在的晶界阳 极区加速进行，应力与腐蚀协同进行，导致了断裂。
Mechanisms
阳极溶解机理——穿晶
2 SCC破裂类型
“滑移一溶解一断裂”。“滑移”是金属在应力作用下的一种 主要形变方式；“溶解”是应力协同腐蚀进行的；“断裂”是 穿晶的。 1 电化学基础 断裂电位在活化—钝化以及钝化—再活化过渡区的很狭的电位 范围。在应力的作用下，由于钝化膜的破坏，电位向活化区移 动。 OA——溶液浸入膜中孔洞，发生阳极溶解。
Intergranular Stress Corrosion Cracking (IGSCC)
Stress corrosion cracking
5. 特点
图片
Stress corrosion cracking
5. 特点 (5)应力腐蚀破裂的断口，在裂纹源或亚临界 扩展区内，出于腐蚀介质的侵蚀作用，断口表 面往往呈黑色或灰色，并有腐蚀产物存在。在 机械失稳区内的断口表面，常常有放射性花纹 或人字纹。
Mechanisms
阳极溶解机理——穿晶 钝化膜破坏后，阳极电流随时间的 变化有如下三类曲线， 曲线I——膜能迅速修补，腐蚀量 很微小。 曲线III—膜的修补最慢。产生蚀坑 。 曲线II——膜的修补速度介于I及III 之间，易于产生应力腐蚀
2 SCC破裂类型
Mechanisms
阳极溶解机理——穿晶
Stress corrosion cracking
5. 特点
(6)应力腐蚀裂纹有晶间型的、穿晶型的和混合型的，
在一般情况下，低碳钢、低合金钢、铝合金、黄铜 等是晶间破裂，裂纹大致是沿垂直于拉应力方向的晶 界向金属内部的纵深方向延伸；航空用超高强钢，似 乎是沿原奥氏体晶界断裂。黄铜和在氯化物溶液中的 奥氏体不锈钢，大多数情况下是穿晶型的。奥氏体不 锈钢在热减溶液中的应力腐蚀裂纹是穿晶型的还是晶 间型的，决定于介质温度。
Stress corrosion cracking
5. 特点
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Stress corrosion cracking
5. 特点
Stress corrosion cracking
5. 特点
低碳钢在硝 酸盐溶液中 的应力腐蚀 破裂是典型 的沿晶破裂 ，呈“冰糖 状”断口
Stress corrosion cracking
氢原子的半径只有5x 10—6mm， 当它进入铁基晶 体氢在室温时，在：Fe中的 溶解度非常小。温度 升高，其溶解度增加
Stress corrosion cracking
6.环境氢脆破裂机理
Stress corrosion cracking
6.环境氢脆破裂机理
2 氢压理论
金属内部的过饱和的氢必然要退出，直到建立起 平衡压力为止．几乎所有金属材料的内部都包含 有许多宏观和微观的缺陷。由晶格中逸出的氢， 往往容易在缺陷处聚集， 产生巨大的压力，氢 压力超过某一临界值(接近晶体的弹性强度)，材 料即脆化
一 SCC
1
三个主要特征
必须有应力 •腐蚀介质是特定的 •断裂速度约在10-8~10-6m/s数量范围内， 远大于没有应力时的腐蚀速度，又远小于单 纯力学因素引起的断裂速度。一般呈脆性断 裂。
•
一 SCC
SCC
2 SCC破裂类型
应力腐蚀破裂按照电化学的观点，基本上可以分为两大 类，一类是裂纹尖端处于阳极区，以阳极快速溶解占主导地 位的，称之为应力—阳极开裂，通常称这类破裂型式为应力 腐蚀破裂；另一类是裂纹尖端处于阴极 区，以阴极反应为主，阴极反应的结果是原子氢大量地进入 金属的内部，产生氢脆，这种形式的破坏，称之为应力—阴 极开裂——环境氢脆
2 SCC破裂类型
裂纹的伸展，裂纹尖端的电化学 溶解超了主要作用，· 而这种溶解 是由于应力不断破坏裂纹尖端的 钝化膜所引起的，这是应力导致 的腐蚀断裂。
2 SCC破裂类型
2 SCC破裂类型
阳极溶解机理
1 2
裂缝和裂尖钝化 应变导致裂纹尖端钝化膜破裂,产生活化腐蚀
3 4
裂尖再钝化 重复 1
Mechanisms
2 SCC破裂类型
Mechanisms
阳极溶解机理——沿晶
2 SCC破裂类型
晶界区的结构及成分与区内有很大的区别。对于单相 合金，由于晶界偏析或选择性溶解，使晶内成分与晶 界成分有显著差异。若晶界电位较付活化。 电位不仅与成分有关，还与介质有关。 不仅晶界偏析导致成分的差异，晶界沉淀导致的邻近 区域的溶质贫乏所引起的晶间腐蚀，是早为人们熟知 的现象。例如，奥氏体不锈钢及Cr23C6的沉淀
Stress corrosion cracking
5. 特点
(3)应力腐蚀破裂是材料在特定的介质环境中 的低应力脆性破坏．产生腐蚀破裂的应力往往 低于材料的屈服强度，断裂前很少有宏观的塑 性变形． (4)应力腐蚀裂纹的形态，从横断面的金相照 片来看，裂纹有许多分枝，往往呈根须状，它 与纯机械应力造成的裂纹形态截然不同；从裂 纹表面的纵断面金相照片来看，裂纹的形貌像 一条河流，河床有宽有窄，还有许多湖泊，是 腐蚀坑。
5. 特点 (1)应力腐蚀裂纹往往是从接触腐蚀介质的表 面开始，向金属的内部扩展，在压力容器中， 应力腐蚀裂纹往往是从容器的内表面开始，沿 壁厚向外表面扩展，直至泄漏或破裂，开始时 往往不易被发现． (2)应力腐蚀裂纹的萌生和扩展有一个过程， 所以它是一种延迟性的破裂形式。可以很短， 也可能很长，可以从几秒到几十年．
Mechanisms
阳极溶解机理——沿晶
2 SCC破裂类型
在某些介质中，相对于合金的 基体，晶间沉淀相也可以是阳 极相，从而导致晶问腐蚀。在 强氧化性介质 中，不锈钢中的sigma(FeCr) ，可以选择地被优先溶解，从 而导致晶间腐蚀
Mechanisms
阳极溶解机理——沿晶
2 SCC破裂类型
应力作用 上述曲各种晶间腐蚀，可以说明沿晶的应力腐蚀断裂途径， 但是，若应力对于腐蚀没有影响，则只是应力协助的晶间腐蚀 蚀破坏。在应力腐蚀系统中，应力的更重要作用是破坏金属表 面的保护膜，使新鲜的金属表面与腐蚀介质直接接触。无膜金 属与有膜金属之间的电位差很大，远大于所测定的晶界区微电 池的电位差。因此，在阳极溶解理论中，保护膜的破坏是应力 的重要作用。基于这种机理，由于压应力也可以破坏保护膜， 应该也引起应力腐蚀开裂。与拉应力比较，裂纹的形成时间长 ，扩展慢，断口上显示交替溶解—开裂的形貌。
5. 特点 从断口的扫描电镜照片上看，晶 间型破裂断口呈冰糖状 的脆性断 口；穿晶型破裂断口一般呈准解 理或解理状的脆性 断口。
Stress corrosion cracking
5. 特点
Stress corrosion cracking
6.环境氢脆破裂机理
1．氢的扩散机理
如果裂纹尖端处于阴极区，则由于阴极反应的 结果，使介质中的氢离子获得电子还原成氢原 子。氢 原子一部分结合成氢分子选出；一部分 原子氢要向金属基体 的内部扩散。