腐蚀疲劳与应力腐蚀开裂的关系
1-5应力腐蚀开裂
1-5 应力腐蚀开裂
概述
因介质对材料的腐蚀而造成的结构破裂称腐蚀破裂。
金属材料的腐蚀有多种，按腐蚀机理可分为：化学腐蚀和电化学腐蚀；
按腐蚀介质可分为：氧腐蚀、硫腐蚀、酸腐蚀、碱腐蚀等；
按腐蚀部位和破坏现象，可分为：均匀腐蚀、点腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳等。
金属材料在特定腐蚀环境下，受拉应力共同作用时所产生的延迟开裂现象，称为“应力腐蚀开裂”。应力腐蚀开裂属于环境敏感断裂范畴。并非任何环境都会产生应力腐蚀开裂，应力腐蚀是特殊的腐蚀现象和腐蚀过程，一定的金属材料只在某一特定的腐蚀环境中才会产生应力腐蚀开裂。有拉伸应力存在，是应力腐蚀开裂的先决条件，焊接剩余拉应力有着极为重要的影响！
在锅炉压力容器部件的腐蚀中，应力腐蚀及其造成的破裂是最常见、危害最大的一种！已成为工业（特别是石油化工）中越来越突出的问题（参见：化工设备损伤事例统计表），石油化工焊接结构的破坏事故中，约有半数为应力腐蚀开裂。
化工设备（低于300ºC）损伤事例统计表
①包括腐蚀疲劳开裂，一般约占8% 。
因此，必须从结构设计及施工制造方面考虑洚低剩余拉应力，以提高结构的抗应力腐蚀开裂性能。当然，还应从生产管理方面考虑降低介质的腐蚀作用。
本节主要是了解应力腐蚀开裂的特征，以防止、控制应力腐蚀开裂。
一. 应力腐蚀开裂特征：
1. 应力腐蚀开裂条件：
（1）合金----纯金属不发生应力腐蚀，但几乎所有的合金在特定的腐蚀环境中都会产生
应力腐蚀裂纹。极少量的合金或杂质都会使材料产生应力腐蚀。各种工程实用材料几乎都有应力腐蚀敏感性。
（2）拉应力-----引起应力腐蚀的应力必须是拉应力，且应力可大可小，极低的应力水平也可能导致应力腐蚀破坏（不管拉应力多么小，只要能引起变形滑移，即可促使产生应力腐蚀开裂）。应力既可由载荷引起，也可是焊接、装配或热处理引起的残余应力。
腐蚀疲劳强度
腐蚀疲劳强度
腐蚀疲劳在交变载荷和腐蚀性介质交互作用下形成裂纹及扩展的现象。由于腐蚀介质的作用而引起抗疲劳性能的降低。在交变载荷下首先在表面发生疲劳损伤，在连续的腐蚀环作用下最终发生断裂或泄漏。对应力腐蚀敏感或不敏感的材料都可能发生腐蚀疲劳，因此没有一种金属或合金能抗腐蚀疲劳。腐蚀疲劳裂纹通常为穿晶型的。与应力腐蚀有一个不同点是，裂纹的应力强度因子。即使小于单纯应力腐蚀的临界应力强度因子值(KISCC)时裂纹也会随着时间而扩展。腐蚀疲劳的最后断裂阶段是纯机械性的，与介质无关。
7 应力腐蚀与腐蚀疲劳解析
（1）拉应力是产生应力腐蚀开裂的必要条件。
（2）纯金属一般不发生应力腐蚀。 （3）仅在一定的合金与介质系统中才能发生应力腐蚀现 象。 （4）应力腐蚀是一种延迟断裂。 （5）破坏一般是脆性的。
5
产生应力腐蚀的敏感系统
6
7.1.2 应力腐蚀开裂的测试方法
持久加载试验：在一定介质中和不同应力下测定材
8
7.1.2 应力腐蚀开裂的测试方法
3. 两类不同的测试方法
（1）恒载试验
– 这是一种KI不断增大的试验方法，常用悬臂梁式弯 曲试验装置，采用类似三点弯曲试样。试样一端固 定，另一端与一力臂相连，并由砝码加载。
（2）恒位移试验
– 这是一种KI不断减小的试验方法，常用一种特殊结 构的紧凑拉伸试样，并通过螺栓自身加载。试验开 始时，用螺栓产生一初始的裂纹张开位移。当裂纹 扩展而位移保持恒定时，负荷将自动下降，从而也 使K值降低，当K值下降到KIth（KIscc）以下时，裂 纹就会基本上停止扩展。
的磷酸盐，可使铬镍奥氏体不锈钢抗应力腐蚀性能大大提高。
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7.1.4 防止应力腐蚀的措施和安全设计
1．防止措施
（4）采用电化学保护。
– 采用外加电位的方法，使金属在介质中的电位远离 应力腐蚀敏感电位区域，也是防止应力腐蚀的一种 措施，一般采用阴极保护法。
应力腐蚀开裂
分类
1、点腐蚀
是一种导致腐蚀的局部腐蚀形式。
2、晶间腐蚀
晶粒间界是结晶学取向不同的晶粒间紊乱错合的界城，因而，它们是钢中各种溶质元素偏析或金属化合物 （如碳化物和δ相）沉淀析出的有利区城。因此，在某些腐蚀介质中，晶粒间界可能先行被腐蚀乃是不足为奇的。 这种类型的腐蚀被称为晶间腐蚀，大多数的金属和合金在特定的腐蚀介质中都可能呈现晶间腐蚀。
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3、缝隙腐蚀
是局部腐蚀的一种形式，它可能发全于溶液停滞的缝隙之中或屏蔽的表面内。这样的缝隙可以在金属与金属 或金属与非金属的接合处形成，例如，在与铆钉、螺栓、垫片、阀座、松动的表面沉积物以及海生物相接烛之处 形成。
4、全面腐蚀
是用来描述在整个合金表面上以比较均勺的方式所发生的腐蚀现象的术语。当发生全面腐蚀时，材料由于腐 蚀而逐渐变薄，甚至材料腐蚀失效。不锈钢在强酸和强碱中可能呈现全面腐蚀。
应力腐蚀抗力指标
Fra Baidu bibliotek
早期对应力腐蚀开裂的研究是采用光滑试样，在特定介质中于不同应力下测定金属材料的滞后破坏时问。用 这种方法已积累了大量的数据，对于认识应力腐蚀破坏问题起了一定作用。但还有很多不足之处，主要有：
1、因数据分散，有时可能得出错误的结论
这是因为光滑试样的破坏包括了裂纹形成和裂纹扩展两个过程。而裂纹的形成受表面光洁度、表面氧化膜等 因素的影响很大，使得到的试验数据分散，有时甚至给人以假象。例如美国海军实验室曾对高强度钛合金Ti8A1-1Mo-1 V进行应力腐蚀性能研究。当用光滑试样在3.5%NaCl水溶液中进行应力腐蚀试验时，由于表面有一层 致密的氧化膜，裂纹很难形成，断裂时间很长，以致人们认为这种合金将是潜艇壳体的新一代材料。可是当改用 带裂纹的试样试验时，则在很短的时间内就断裂了。可见这种材料对3.5%NaCl水溶液实际上是很敏感的。
金属的应力腐蚀断裂与腐蚀疲劳断裂
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第六节 腐蚀疲劳断裂 一、定义 腐蚀疲劳断裂是在有腐蚀介质条件下承受周期变 动载荷作用而发生的脆性断裂；此时的应力水平 （或疲劳寿命）较无腐蚀介质条件下低得多。
二、腐蚀疲劳机理
腐蚀对疲劳损伤的促进作用
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第七节 应力腐蚀、腐蚀疲劳、氢脆断裂的区分要点 （ 1 ）这三种断口都是很脆的。在瞬断之前的断 口看不出塑性变形，裂纹细，粒状或其它宏观粗 糙断口。其快速扩展区为放射花样。瞬断区可表 现出塑性剪切唇。 （ 2 ）应力腐蚀和腐蚀疲劳断口有腐蚀产物。并 且裂纹是从表面始，断口颜色也是表面更深。单 纯氢脆断口本是干净的。但实际工况下很少有不 受污染的断口，故要注意区分。
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三、钛及其合金的应力腐蚀
钛和钛合金发生应力腐蚀的环境也很繁多，包
Br ， I 的水溶液，含N2O4的发烟硝酸， 括含 Cl ，
海水，水乃至蒸馏水；H2、Br2、Cl2、HCl等气体，
甲醇蒸气及湿大气，250℃以上的Mg、Sr、Ca、 Ba、Li、Na，K、Cs等的氯化物。
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纯钛和合金在盐水溶液中能耐应力腐蚀。钛和
钛合金在甲醇蒸气中比浸在甲醇液体中更易发生应
力腐蚀。且当试样在无应力状态下置于甲醇蒸气或
液体中一段时间再在空气中拉断，也表现出同SCC
相似的穿晶脆断。经时效处理可以消除这种脆性。
据认为钛和钛合金的SCC直接与钛的氢化物有关。
第五章6应力开裂腐蚀
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溶解-断裂机理 （2）滑移 溶解 断裂机理 ）滑移-溶解 ——奥氏体不锈钢 奥氏体不锈钢
该理论至少包括四个过程： 表面膜的形成、 该理论至少包括四个过程 ： 表面膜的形成 、 应力作用下 金属产生滑移引起表面膜的破裂、裸露金属的阳极溶解、 金属产生滑移引起表面膜的破裂、裸露金属的阳极溶解、 裸露金属再钝化。 裸露金属再钝化。 在应力作用下，位错沿着滑移面运动， 在应力作用下，位错沿着滑移面运动，在表面产生滑 移台阶，表面膜产生局部破裂，露出活泼的“新鲜”金属。 移台阶，表面膜产生局部破裂，露出活泼的“新鲜”金属。 有膜和无膜金属及缺陷处形成钝化-活化微电池 活化微电池。 有膜和无膜金属及缺陷处形成钝化 活化微电池。 伴随阳极溶解产生阳极极化，使阳极周围钝化， 伴随阳极溶解产生阳极极化，使阳极周围钝化，在蚀 坑即裂纹尖端周边重新生成钝化膜， 坑即裂纹尖端周边重新生成钝化膜，随后在拉应力继续作 用下，蚀坑底部即裂纹尖端处造成应力集中， 用下，蚀坑底部即裂纹尖端处造成应力集中，而使钝化膜 再次破裂，造成新的活性阳极区，如此反复， 再次破裂，造成新的活性阳极区，如此反复，造成纵深穿 晶的裂纹。 晶的裂纹。
2
不同情况引起的应力腐蚀断裂
1、由于弯曲残余应力引起的 、 该裂纹多为纵向形式
3
2、从点蚀底部产生的应力腐蚀裂纹 、
4
3、由腐蚀产物体积膨胀应力引起的应力腐蚀裂纹 、
应力腐蚀开裂
应力腐蚀开裂
王博浩过控1201
学号：201209300319
摘要：工业上广泛应用的材料是金属，而金属无可避免的会面临腐蚀问题，而在设备的腐蚀中，应力腐蚀是在其中占有相当大比例的一种腐蚀类型。应力腐蚀广泛存在于材料受到静应力条件下，这种腐蚀对于材料是毁灭性的腐蚀。因此，了解应力腐蚀的机理和原因以及预防的方法是十分必要的。
一．引言
腐蚀导致经济的巨大损失已是众所周知的事实。从国内石油化工生产企业统计，1999年泸天化年总产值8.284亿元，而直接与间接腐蚀经济损失共计6010万元，占年生产总值的7.25%。仪征化纤厂大修周期从1年改为2年，创净利润（22~23）亿/年。通常认为间接腐蚀损失比直接腐蚀损失大。根据现有数据，石油工业的间接腐蚀损失是直接腐蚀损失的3倍。2000年，上海医药集团腐蚀损失是8114万元；华东电网因锅炉“四管”腐蚀爆漏导致非计划停车115次，损失电量29亿千瓦·小时，经济损失7.7亿元。汽车行业1999年的腐蚀损失约为242亿元。以重庆汽车腐蚀调查为例，重庆市系内陆盆地，夏季闷热，冬天潮湿，
年平均气温较高，其环境大气中的Cl-、SO
2和H
2
S等含量高，下雨频率高，酸雨、
大雾天气时有发生。车辆受大气环境的腐蚀十分严重，通常新车运行1年后就产生锈斑，2年左右就有腐蚀穿孔现象发生。由于大面积腐蚀和腐蚀穿孔，通常车辆每年都要进行外涂装；2年要进行换顶；4年要进行面板、车顶的更换，大梁、车身骨架的维护，重庆市车辆年均总的腐蚀损失为16057.1万元。
应力腐蚀、氢脆、孔蚀等局部腐蚀破坏的发生难以预测，极易引起生产设备的爆炸、火灾等突发性灾难事故，危及职工及生产装置的安全。如国内某天然气管线曾因硫化氢应力腐蚀破坏多次发生爆炸，其中一次引爆起特大火灾，造成20多人伤亡；某天然气井口设备因硫化氢酸性气体腐蚀造成井喷，大火烧了二十多天，经济损失惨重；某化肥厂废热锅炉进口管因氢腐蚀引发爆炸，造成7人死亡等。不光在工业生产中，在公共设施中应力腐蚀也有着重大的影响北京西直门立交桥1979年建成通车，1999年拆除重建，使用不到20年。除交通流量等客观因素外，主要是因溶雪撒盐造成的“盐腐蚀”。
金属的应力腐蚀断裂与腐蚀疲劳断裂
Cu←Cu2++2e阳极上（电池的负端）发生锌的溶解，阴极上（电池 的正端）发生Cu的沉积。
5
阳极是氧化反应。阴极上的反应是还原反应。 阴极上的还可能是
H++e-→H2
氧的去极化反应: O+2e-→O2O2-+2H+→H2O
(析氢)
6
在实际腐蚀条件下，有各种各样大、小腐蚀电池。
（1）电偶腐蚀电池（异金属电池）
1
应力腐蚀断裂是一种危险性很大的失效模式。 这是由于它是完全脆性的，在裂纹缓慢伸展过程中 不表现出任何其它的宏观症候，一旦达到瞬断截面 立即快速断裂，往往造成灾难性事故。另一方面是 由于对发生应力腐蚀的金属－介质－应力的配合关 系了解得还不够很清楚。
2
第一节 有关金属腐蚀的几个基本概念 一、金属腐蚀的分类 根据腐蚀环境不同，人们将腐蚀分为：化学介 质腐蚀、大气腐蚀、海水腐蚀、土壤腐蚀等。根 据腐蚀的理化机制又可分为物理腐蚀、化学腐蚀 、电化学腐蚀。在工程中也常根据被腐蚀的外部
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四、其它 黄铜在含微量氨的大气中发生的季裂，是人们 最早了解的应力腐蚀现象。含Zn量高的黄铜更加
敏感, Zn<20%的红黄铜和青铜、铝青铜、磷青铜
的敏感性较低。铜镍合金则能抗应力腐蚀。
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工业纯铝一般不发生应力腐蚀。低强铝合金如
Al-Mn，Al-Si，Al-Mg(Mg<3%>)均有较好的抗应力 腐蚀能力。而热处理强化的Al-Cu和A1-Zn-Mg等合 金则倾向于应力腐蚀。铝合金的应力腐蚀主要发 生于含 Cl 的介质中，如海洋大气、海水等。在 N2O4、醇类、酯类、矿物油、乙烷、丙酮、苯中也 有应力腐蚀现象。
腐蚀学原理--第七章-应力作用下的腐蚀分析
金属裂纹的外表面(C)是阴极区，进行阴极反应，如：O2+2H2O+4e → 4OH- 2Cu(NH3) 42++H2O+2e → Cu2O+2NH4++2NH3(α—黄铜在氨液中) 裂纹的前沿是阳极区，构成了大阴极小阳极的应力腐蚀电池。
3．改善材质 (1) 正确选材：尽量选择在给定环境中尚未发生过应力腐蚀断裂的材料，或对现有可供选择的材料进行试验筛选，择优使用。 (2) 开发耐应力腐蚀的新材料。 (3) 冶炼和热处理工艺：采用冶金新工艺，减少材料中的杂质，提高纯度，通过热处理改变组织，消除有害物质的偏析、细化晶粒等，减少材料应力腐蚀敏感性。
(2) 金属和合金腐蚀量很微小，腐蚀局限于微小的局部。同时产生应力腐蚀断裂的合金表面往往存在钝化膜或保护膜。 (3) 裂纹方向宏观上和主拉伸应力的方向垂直，微观上略有偏移。 (4) 宏观上属于脆性断裂，即使塑性很高的材料也是如此。微观上，在断裂面上仍有塑性流变痕迹。 (5) 有裂纹分叉现象。断口形貌呈海滩条纹、羽毛状、撕裂岭、扇子形和冰糖块状图像。 (6) 应力腐蚀裂纹形态有沿晶型、穿晶型和混合型，视具体合金—环境体系而定。例如，铝合金、高强度钢多半是沿晶型的，奥氏体不锈钢多半是穿晶型的，而钛合金为混合型的。即使是同种合金，随着环境、应力大小的改变，裂纹形态也会随之改变。
应力腐蚀裂纹的典型案例分析
应力腐蚀裂纹的典型案例分析
摘要：应力腐蚀裂纹一般都很细小，而且多数出现在容器或管道的内表面，
因此不易被检查发现。应力腐蚀裂纹可导致不锈钢构件在低于设计应力，没有明
显的宏观变形和不出现任何征兆的情况下突然迅速破裂，造成巨大的危害，因此
掌握应力腐蚀裂纹的成因及如何避免产生应力腐蚀裂纹就尤为重要。
关键词：杀菌锅；应力腐蚀；裂纹
杀菌锅是食品､医药杀菌的关键设备，传统杀菌锅通常采用卧式，需要借助
灭菌篮装卸物料，生产效率低；为提高生产效率，在先进的自动化生产线上可以
同时使用多个立式杀菌锅，不再需杀菌篮，可通过自动控制实现自动杀菌，大大
提高了生产效率。但该杀菌锅在使用中承受温度、压力、物料等的循环载荷作用，其疲劳强度成为考验设备的关键问题。
一、概述
(一)概述
杀菌锅是一种密闭的､加压的加热容器，对食品及菌种等进行杀菌｡因其具有
受热面积大，热效率高､加热均匀､液料沸腾时间短､加热温度容易控制等特点，
被广泛应用于食品､医药等各个领域｡
(二)杀菌锅杀菌流程
根据实际生产流程，立式杀菌锅杀菌流程可分为5个阶段｡
1.进料:杀菌锅内注入常温缓冲水，物料从进料口进入，逐渐装满锅体.
2.升温加压:高温蒸汽进入锅体，锅内温度升至128℃，压力升至0.16MPa｡
3.杀菌:锅内蒸汽温度保持128℃，对物料进行高温杀菌｡
4.冷却:杀菌结束后，锅内蒸汽逐步排出减压并充入常温水给罐体降温｡
5.出料:初步冷却完毕，物料从底部出料口排出，经出料装置至下一生产工序.
整个流程中有两个典型的受力阶段:杀菌时，锅体承受最大温度载荷128℃和
金属材料应力腐蚀开裂
金属材料应力腐蚀开裂
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。
尽管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。
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。
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”是指黄铜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。
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。
7 应力腐蚀与腐蚀疲劳
门槛应力强度因子
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7 应力腐蚀与腐蚀疲劳
亚临界裂纹扩展速率da/dt表征了材料的 另一种应力腐蚀抗力。
孕育期：裂纹产生前的一段时间，主要 是形成蚀坑（裂纹核心）的过程。
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7 应力腐蚀与腐蚀疲劳
在I区和Ⅲ区，扩展速率da/dt与应 力强度因子有很强的关系，但在Ⅱ 区，实际上几乎没有关系（但仍受 温度、压力和环境的影响）。
7 应力腐蚀与腐蚀疲劳
1
7 应力腐蚀与腐蚀疲劳
机器零件受腐蚀介质和静应力联合作用而失 效的现象叫做应力腐蚀破坏；
受腐蚀介质和交变应力联合作用的失效则叫 做腐蚀疲劳破坏；
在应力腐蚀过程中，通常会同时产生金属吸 氢而引起的脆性破坏，即所谓氢脆现象。
2
7 应力腐蚀与腐蚀疲劳
7.1 应力腐蚀 7.2 氢脆 7.3 腐蚀疲劳
象。 （4）应力腐蚀是一种延迟断裂。 （5）破坏一般是脆性的。
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7 应力腐蚀与腐蚀疲劳
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7 应力腐蚀与腐蚀疲劳
持久加载试验：在一定介质中和不同应力下测定材 料的滞后破坏时间来评定材料的抗应力腐蚀能力。
1. 采用光滑试样
（1）数据分散； （2）对某些材料可能会给出错误的判断 ； （3）名义应力不反映裂纹扩展的驱动力，不便于工程
应用。
7
7 应力腐蚀与腐蚀疲劳
2. 采用预制裂纹的试样
压力容器和压力管道应力腐蚀开裂机理及影响因素分析
压力容器和压力管道应力腐蚀开裂机理
及影响因素分析
摘要：锅炉、压力容器和压力管道是工业生产和生活中非常重要的设备，在使用过程中，一旦出现裂纹等缺陷，不仅会影响设备的正常使用，甚至会带来重大损失。使用单位如果及时发现、解决裂纹问题，以及预防裂纹问题，就能够防止安全事故的发生。
关键词：锅炉；压力容器；压力管道；裂纹问题
引言
锅炉、压力容器和压力管道一般处于高温、高压等恶劣环境下运行，使用工况十分复杂，容易产生缺陷和损伤。其中裂纹就是危害非常大的缺陷，如果不及时预防、发现和解决设备出现的裂纹缺陷，将会带来严重的安全问题。在平时的使用过程中，使用单位一定要高度重视对设备的检验、管理和维护保养工作，及时发现设备存在的问题，特别是裂纹问题，及时排除安全隐患。使用单位对裂纹的形成原因和其有可能引发的各类后果也要进行认真分析，进而采取对应的预防和解决措施，避免裂纹可能带来的各种安全隐患，保证设备的安全运行。
1.压力容器和压力管道应力腐蚀开裂机理
1.1 疲劳裂纹
压力容器和压力管道在运行时，由于一直都处在高温、高压及交变载荷条件下运行，所以非常容易形成疲劳裂纹，疲劳裂纹有两种形式，分别是腐蚀性裂纹以及机械裂纹。腐蚀性裂纹的成因主要是由于介质因素，介质在一定程度压力作用下会造成压力容器和压力管道就会出现裂纹。通常情况下裂纹有着非常高的稳定性，当裂纹蔓延开时，压力容器和压力管道中的压力持续作用下，因此裂纹的宽度就会扩大。
1.2 蠕变裂纹
压力容器和压力管道是非常容易造成损坏的，其中包括温度以及压力的作用，如果一直运行压力容器和压力管道，就很容易产生蠕变裂纹。通常情况下，压力
第七章应力作用下的腐蚀解析
处在腐蚀性溶液或气氛下的许多工程材料，常常在机械应力和腐蚀介质共同 作用下，在远低于屈服强度或抗拉强度的条件下发生突然的、没有预兆的腐 蚀破坏。
机械应力状态
拉伸应力 交变应力 摩擦力
不同状态的力与介质作用造 成的腐蚀形态也各有特点。
振动力
金属构件的腐蚀-机械破坏可分为应力腐蚀破裂、腐蚀疲劳、腐蚀磨损、氢致 开裂等。在这些腐蚀破坏中，最主要的是应力腐蚀破裂。
铝合金； Al-Cu-Mg, Al-Cu Al-Mg-Zn, Al-Mg Al-Cu-Mg-Mn Al-Zn-Mg-Mn(Cu)
海水 NaCl, NaCl-H2O2溶液 NaCl, NaCl-H2O2溶液，KCl，MgCl溶液 NaCl+ H2O2，NaCl溶液，空气，海水，CaCl2，NH4Cl，CoCl™溶液
镁合金 Mg-Al Mg-Al-Zn-Mn
钛及钛合金
HNO3，NaOH，HF溶液，蒸馏水 NaCl+ H2O2溶液，海滨大气，NaCl-K2CrO4溶液，水，SO2-CO2-湿空气 红烟硝酸，N2O4，HCl，Cl-水溶液，固体氯化物（＞2900C），海水，CCl4，甲醇、甲醇蒸气，三氯乙
烯，有机酸
➢滑移－溶解－断裂理论 位错沿着滑移面运动至金属表面，在表 面产生滑移台阶，暴露出新鲜金属
有膜与无膜金属处形成微电池
7 应力腐蚀与腐蚀疲劳
7.3.1 腐蚀疲劳中的S－ N曲线
和常规疲劳类似，腐蚀疲劳特性通常也是用S—N曲 线表征的。
真空中疲劳强度最高，这是因为真空中排除了水蒸汽 和氧气的影响；
预浸腐蚀介质是在试验表面形成蚀坑，起应力集中的 作用。所以，预浸使疲劳特性同缺口试样的疲劳特性 类似；
腐蚀疲劳的S—N曲线最低，这是因为单纯腐蚀在蚀坑 和裂纹尖端处形成的保护性氧化膜，在交变应力作用 下不断破裂，致使新裸表面不断受到腐蚀介质的作用。
门槛值。
在KIth和KImax之间的区域里，滞后破坏时间tf一般是由孕 育期tinc和亚临界裂纹扩展期二者组成。
用da/dt和KI给出的裂纹扩展曲线，在典型情况下由三个
区域组成。
2021/10/10
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7.1.2 应力腐蚀开裂的测试方法
3. 两类不同的测试方法
（1）恒载试验
– 这是一种KI不断增大的试验方法，常用悬臂梁式弯 曲试验装置，采用类似三点弯曲试样。试样一端固
（3）材料强度 ：材料的σs越高，（da/dN）CF 也越高。但在腐蚀作用不明显的介质中，影响
也不明显。
2021/10/10
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腐蚀疲劳裂纹扩展曲线
A型代表： 铝合金和水溶液
环境的组合
B型代表： 高强度钢与氢
的组合
C型： 工程上大部分材 料与环境的组合
2021/10/10
零件的脆性断裂(含疲劳、应力腐蚀、氢脆断裂等)失效分析
零件的脆性断裂(含疲劳、应力腐蚀、氢脆断裂等)失效分析
本文旨在介绍零件的脆性断裂失效分析的重要性和目的。脆性断裂是指在零件受到一定载荷作用下，没有发生明显的塑性变形，而导致突然断裂的现象。这种失效模式对于工程结构的安全性和可靠性具有重要的影响。
脆性断裂的失效分析是一项关键的任务，旨在确定零件破坏的原因和机制，以及采取相应的措施来预防和控制脆性断裂的发生。在分析中，我们还会涉及到与脆性断裂相关的其他失效现象，如疲劳断裂、应力腐蚀断裂和氢脆断裂等。
通过对零件脆性断裂失效的深入分析，我们可以更好地了解材料的性能和强度，确定适当的设计和加工参数，以及制定合理的维护和检修计划。这对于提高工程结构的可靠性，延长零件的使用寿命以及降低维护成本具有重要意义。
本文将通过对脆性断裂失效分析的相关知识进行详细解释和说明，为读者提供系统的理论基础和实践指导，以便能够有效地进行脆性断裂的失效分析工作。
解释脆性断裂是指在应力作用下，当零件发生断裂时没有明显的塑性变形。
详细讨论导致脆性断裂的各种原因，包括疲劳、应力腐蚀、氢脆断裂等。
脆性断裂是指材料在受力作用下发生的突然断裂，常常发生在零件长时间受重复负载或特定环境下受力情况下。脆性断裂的原因多种多样，下面将对其中的疲劳、应力腐蚀和氢脆断裂进行详细讨论。
疲劳断裂：疲劳断裂是由于零件在长时间受到变化的载荷作用下产生的。当重复载荷作用于零件时，如果应力超过了材料的疲劳极限，就会发生疲劳断裂。疲劳断裂是零件的高频失效模式，常见于机械装置和结构中。
应力腐蚀断裂：应力腐蚀断裂是指在特定环境中，材料受到应力和腐蚀介质共同作用时突然断裂。应力腐蚀断裂的发生是由于腐蚀介质在零件表面引起局部腐蚀，而应力则产生了裂纹的扩展。应力腐蚀断裂是一个复杂的断裂形式，常见于化工设备和海洋装备等领域。
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腐蚀疲劳与应力腐蚀开裂的关系
河南邦信防腐材料有限公司
2017年3月整理
尽管腐蚀疲劳和腐蚀开裂在许多不同的情况下都可能发生，但是在某种程度上，它们被认为具有很大的相关性。当这两者同时发生时，会在许多行业内造成不可估量的经济损失。
近一个世纪以来，工程材料（主要是金属材料）的腐蚀疲劳已成为全球最重要的研究主题之一。第一次世界大战期间，这种腐蚀疲劳失效现象首先是在英国皇家海军某个设备的电缆中观察到的。如今，腐蚀疲劳已被认为是研究最为广泛的腐蚀失效类型之一。而自1960年代初以来，应力腐蚀开裂（SCC）也逐渐引起了人们的广泛关注。尽管在许多不同情况下腐蚀疲劳和应力腐蚀开裂会单独发生，但它们仍然被认为具有很大的相关性。众所周知，当这两种现象同时发生时，会在许多行业中导致设备失效并带来巨大的经济损失。这些失效都是突发性的和灾难性的，是近年来人们进行广泛的科学和工程研究的重要主题。但是，要了解腐蚀疲劳和应力腐蚀开裂如何相互作用，必须首先了解每种腐蚀类型涉及的机理。
什么是应力腐蚀开裂？
应力腐蚀开裂（SCC）被定义为由于机械应力和腐蚀的相互作用而发生的开裂现象。造成应力腐蚀开裂有很多因素，但与其中任何一种单独作用的因素相比，腐蚀性环境这一因素在材料中引起的应力产生的破坏一般更大。尽管SCC最常见于金属中，但它也可以存在于一些其他材料中，例如聚合物和玻璃等。
SCC带来的结果通常被认为是灾难性的，因为材料的强度会因此发生降低，随后材料的结构也可能发生破坏。
通常情况下，细微的腐蚀裂纹仅在材料的晶界处形成，而其余的区域则不受破坏。因此，在临时检查中通常很难检测到SCC损伤现象，并且不容易预测损伤的程度。
导致SCC进一步发展的原因之一是某些金属的晶界缺乏钝性。由于杂质在这些位置的偏析现象改变了材料的微观结构，使材料的表面钝化难以在边界界面处发生。
例如，在某些奥氏体不锈钢中，晶界处的铬金属局部浓度可能大大低于材料表面的局部浓度。结果，晶界可能比其他材料具有更少的钝化保护，从而为腐蚀的发生提供了一条有效的途径。然后，随着一些外部应力的施加就会在这些薄弱区域形成一条裂缝，也就是应力腐蚀开裂现象。
什么是腐蚀疲劳？
当金属物体在腐蚀性环境中经受交变或循环应力时，会发生腐蚀疲劳。
与传统的机械疲劳相反，腐蚀疲劳没有疲劳极限。换句话说，使材料能够抵抗无限载荷循环的最低应力水平是不存在的。材料疲劳本身就是危险的，而腐蚀疲劳则显得更为严重，这是因为与传统疲劳相比，腐蚀疲劳在较低的应力下以及较短的时间内就会发生故障。
腐蚀疲劳一般是由材料的保护性钝化膜破裂而引起的。因为循环的应力加载不仅会使材料变弱，而且交替的拉伸和压缩作用也会使得氧化层受到损坏。失去这种保护会导致更多的腐蚀发生，从而进一步降低材料的强度并缩短其使用寿命。腐蚀疲劳会导致裂纹的形成，最终甚至可能导致脆性断裂。但是，与SCC对应的裂纹不同，腐蚀疲劳形成的裂纹更局限且不易分支。
腐蚀疲劳和应力腐蚀开裂有何关系？
腐蚀疲劳和应力腐蚀开裂在许多方面具有相似性。但是，两者之间仍然存在一些区别，其主要区别在于施加的载荷的类型不同。SCC通常是由于静态拉伸载荷引起的，而腐蚀疲劳是反复和交替循环载荷作用的结果。尽管这两类腐蚀之间的界限可能很模糊，但它们经常会一起发生并带来灾难性的后果。
SCC主要会降低材料的承载能力。在应力腐蚀开裂过程中，腐蚀一般发生在晶界处，几乎没有材料表面发生失效现象的案例。
当材料受到初始拉应力时，会有裂纹萌生，从而导致弱化的晶界“打开”。一旦形成了初始裂纹，在常规操作期间，周期性/交替的载荷就会在整个材料中传播这些裂纹。
此过程可以进一步细分为以以下三种方式发生：
1.应力腐蚀疲劳
应力腐蚀疲劳是纯机械疲劳和应力腐蚀开裂的组合。在下图1中，黑线表示纯机械疲劳。当施加的应力强度超过SCC开裂阈值时，由于存在受腐蚀的晶界（如红线所示），裂纹扩展速度将显着增加。
2.腐蚀疲劳
这里所说的腐蚀疲劳是指不受SCC影响的腐蚀疲劳。在下图中，黑线表示纯机械疲劳。当存在腐蚀性环境时，曲线向左移动，表明在较低的应力水平下就会形成裂纹。
3.腐蚀疲劳和应力腐蚀疲劳相结合
但是，在某些情况下，腐蚀疲劳和应力腐蚀开裂会同时发生从而表现出独特且加速的裂纹扩展。图3就很好的说明了这种行为，其中红线是图1和图2中表示的裂纹扩展速率的叠加。
腐蚀疲劳和应力腐蚀开裂（SCC）一直困扰着许多行业。尽管人们已经在腐蚀防护等领域取得了许多进展，但是研究人员仍在不断研究这两种破坏力极强的腐蚀类型之间的相互作用。虽然现在已经有一些可用于避免SCC和腐蚀疲劳相互作用的方法，但是识别和预测这些故障仍然是十分具有挑战性的。因此，当下最重要的是能够更加充分理解这两种腐蚀机制，以避免发生一些突然和潜在的灾难性故障。