腐蚀疲劳与应力腐蚀开裂的关系
金属疲劳应力腐蚀试验及宏观断口分析
金属疲劳、应力腐蚀试验及宏观断口分析在足够大的交变应力作用下，由于金属构件外形突变或表面刻痕或内部缺陷等部位，都可能因较大的应力集中引发微观裂纹。
分散的微观裂纹经过集结沟通将形成宏观裂纹。
已形成的宏观裂纹逐渐缓慢地扩展，构件横截面逐步削弱，当达到一定限度时，构件会突然断裂。
金属因交变应力引起的上述失效现象，称为金属的疲劳。
静载下塑性性能很好的材料，当承受交变应力时，往往在应力低于屈服极限没有明显塑性变形的情况下，突然断裂。
疲劳断口（见图1-1）明显地分为三个区域：裂纹源区、较为光滑的裂纹扩展区和较为粗糙的断裂区。
裂纹形成后，交变应力使裂纹的两侧时而张开时而闭合，相互挤压反复研磨，光滑区就是这样形成的。
载荷的间断和大小的变化，在光滑区留下多条裂纹前沿线。
至于粗糙的断裂区，则是最后突然断裂形成的。
统计数据表明，机械零件的失效，约有70%左右是疲劳引起的，而且造成的事故大多数是灾难性的。
因此，通过实验研究金属材料抗疲劳的性能是有实际意义的。
图1-1 疲劳宏观断口一﹑实验目的1.了解测定材料疲劳极限的方法。
2.掌握金属材料拉拉疲劳测试的方法。
3.观察疲劳失效现象和断口特征。
4.掌握慢应变速率拉伸试验的方法。
二、实验设备1.PLD-50KN-250NM 拉扭疲劳试验机。
2.游标卡尺。
3.试验材料S135钻杆钢。
4.PLT-10慢应变速率拉伸试验。
三﹑实验原理及方法在交变应力的应力循环中，最小应力和最大应力的比值为应力比：maxmin σσ=r （1-1） 称为循环特征或应力比。
在既定的r 下，若试样的最大应力为max 1σ，经历N 1次循环后，发生疲劳失效，则N 1称为最大应力r 为时的max 1σ疲劳寿命（简称寿命）。
实验表明，在同一循环特征下，最大应力越大，则寿命越短；随着最大应力的降低，寿命迅速增加。
表示最大应力max σ与寿命N 的关系曲线称为应力-寿命曲线或S-N 曲线。
碳钢的S-N 曲线如图1-2所示。
腐蚀疲劳和磨耗腐蚀 全面腐蚀与局部腐蚀
2．环境特征
❖ (2)通常环境腐蚀性增强，CF破环倾向增大，例如对于钢 (尤其是高强度钢)，CF裂纹扩展速率按照下列顺序递增： 惰性气体大气水蒸气水硫酸盐水溶液氯化物水 溶液氢气氛硫化氢。
❖ 但腐蚀过强导致局部腐蚀转化为均匀腐蚀，可能反而降低 钢的CF破坏倾向。如温度升高引起钢的严重腐蚀，造成许 多浅的裂纹源，从而降低局部的应力集中，并使阳极与阴 极面积比变大，结果使钢的抗腐蚀疲劳能力提高。另外， 氧时常通过吸附或化学反应促进裂纹闭合，阻碍CF裂纹的 扩展．从而提高CF条件疲劳极限值。
❖ 湍流腐蚀和空泡腐蚀是两种特殊而重要的冲蚀形式。
湍流腐蚀
❖ 在材料表面或设备的某些特定部位、由于介质流速的急 剧增大而形成湍流，由湍流导致的冲蚀即称为湍流腐蚀。 湍流使金属表面液体的搅动比层流更为剧烈，结果使金属 与介质的接触更为频繁。湍流不仅加速了腐蚀剂的供应和 腐蚀产物的移去，而且又附加了一个流体对金属表面的切 应力。该切应力能够把已经形成的腐蚀产物剥离，并随流 体转移开。当流体中含有气泡或固体颗粒时，切应力的力 矩增大，金属表面损伤更加严重。湍流腐蚀大多发生在叶 轮、螺旋桨，以及泵、搅拌器、离心机、各种导管的弯曲 部分。
应力作用下的腐蚀破坏
空泡 腐蚀
应力腐蚀 开裂SCC
冲击腐蚀或 湍流腐蚀
微动腐蚀或 微振腐蚀FC
腐蚀
腐蚀 疲劳 CF
氢致 断裂
一、腐蚀疲劳破坏的特征
❖ 金属材料和工程结构在交变应力和腐蚀介质协同、交互作 用下导致的破坏现象，称为腐蚀疲劳失效。
❖ 腐蚀疲劳过程受力学因素、环境因素和材料因素交互影响， 与一般腐蚀、纯机械疲劳和应力腐蚀失效相比，表现出诸 多自身的特征。
二、磨耗腐蚀
❖ 磨耗腐蚀是指金属材料与周围环境介质中之间存 在摩擦和腐蚀的双重作用，而导致金属材料的破 坏现象。由于这种破坏是应力和环境中化学介质 协同促进的过程，因此也是应力作用下腐蚀的形 式之一。
冷拔316奥氏体不锈钢应力腐蚀开裂与疲劳行为
冷拔316奥氏体不锈钢应力腐蚀开裂与疲劳行为随着核电事业的蓬勃发展,人们日益关注核电站关键材料的服役安全问题。
316奥氏体不锈钢具有优良的耐腐蚀性能和力学性能,被广泛地用于压水堆核电站回路管道和堆内构件材料。
冷变形可以显著提高奥氏体不锈钢的屈服强度与抗拉强度。
同时,冷变形能够产生位错、变形带、机械孪晶和形变诱导马氏体等缺陷,进而会对核电奥氏体钢的应力腐蚀开裂（Stress Corrosion Cracking,SCC）与疲劳行为产生不同程度的影响。
冷拔316奥氏体不锈钢主要用于压水堆堆内高强度螺栓材料。
本文发现冷拔316不锈钢中形成大量位错、变形带和机械孪晶。
目前,冷拔316不锈钢在高温高压含氯硼锂溶液中SCC行为仍缺乏深入研究,冷拔316不锈钢在含氯硼锂溶液中SCC裂纹尖端演化规律认识还不够完善,而且,冷拔316不锈钢在循环变形中的位错结构演化规律有待深入研究,对于循环变形中机械孪晶与位错运动交互作用机理的认识还需要进一步完善。
对这些问题的研究可以进一步提高人们对冷拔316奥氏体不锈钢SCC与疲劳行为的认识,为该钢种的服役性能评估提供理论基础与实验依据。
本文主要研究压水堆高强度螺栓用冷拔316奥氏体不锈钢在模拟压水堆环境中SCC行为与室温疲劳行为,利用SEM 与TEM观察分析SCC裂纹尖端微观结构,研究冷拔变形对316奥氏体不锈钢在模拟压水堆环境中氯致SCC行为的影响机理,分析讨论冷拔316奥氏体不锈钢在循环变形中的位错结构演化规律,探讨机械孪晶与位错运动交互作用机理。
本文的主要研究结论如下:（1）冷拔316不锈钢奥氏体晶粒中形成大量位错,机械孪晶与变形带组成的网络分割并细化奥氏体晶粒。
没有观察到冷拔316不锈钢发生形变诱导马氏体相变。
（2）固溶与30%冷拔316奥氏体不锈钢在模拟压水堆环境中SCC慢拉伸实验结果显示,冷拔处理与腐蚀介质中氯离子添加都可以显著提高316不锈钢SCC敏感指数。
在硼锂溶液中,固溶316不锈钢没有发生SCC行为,而30%冷拔316不锈钢断口边缘为河流状脆性准解理断口,表现出穿晶SCC特征,SCC敏感指数约为16.7%。
腐蚀和疲劳对飞机结构的挑战及解决思路
腐蚀和疲劳对飞机结构的挑战及解决思路摘要：对于常在水域、海洋中执行任务的飞机来说，在长久的运行过程中，必然受到环境气候、水体水质、运作磨损等方面因素的影响，而使得机体结构受到一定程度的腐蚀、磨损、疲劳。
根据这些现象的严重程度，可相继引发一系列其他问题，如裂纹、孔隙等，若不及时加以干预和防治就会造成较大的生命财产损失，所以，相关人员便要加强重视程度，结合实际状况，进行高效高质的维修和养护。
据此，本文对腐蚀和疲劳对飞机结构的挑战及解决思路分别进行了简要分析。
关键词：飞机结构；腐蚀疲劳；解决方法在飞机服役过程中，腐蚀与疲劳一直是尚未彻底解决的难题。
在飞机使用年龄逐渐增长的过程中，出现的锈蚀、疲劳等情况也就成为飞机运作时面临的主要问题。
同时，结构锈蚀也是飞机老化的一个重要特点，它会导致飞机过早地步入老化阶段。
而飞机的老化过程又和服役环境密切相关，会因所处的海洋环境特点，使得在长期服役过程中加快老化速度。
这是因为相对于陆基飞机，在海上服役的航空器会面临着“三高”环境，由此对机体结构、系统、电子设备等造成的腐蚀，加之维护的人手、备品等也不能与陆基飞机比拟，这便造成维护难题。
1.飞机运行面临的问题1.1腐蚀问题对于在海洋中开展飞机运行工作，便会不可避免地遇到腐蚀问题，对于该问题的防护工作也具有一定难度。
尤其对于舰载飞机而言，在海洋环境中工作的时间较长，加之海洋外界环境的作用，便常常要受到高湿、高温、高盐份条件的考验。
其次，飞机整体大多停放在甲板表面，所以还会受到舰载机排放的尾气、飞机起飞和着陆排放出的尾气的影响。
1.2疲劳问题在飞机运作过程中，就会极易因交变载荷的影响，使得飞机本身出现运行疲劳状态。
而造成飞机结构磨损疲劳正式因为长期在水中运行，使得剩余强度逐渐减弱、结构裂痕不断增加、变大。
且在运行中，还有可能受到腐蚀和疲劳的相互作用，而加速飞机裂痕、缝隙的生成，促进裂缝增大。
2.飞机结构挑战的分析2.1结构腐蚀分析目前，飞机出现的主要受损情况包含：结构腐蚀、应力腐蚀以及腐蚀疲劳等。
水利水电工程金属结构腐蚀分析与研究
水利水电工程金属结构腐蚀分析与研究摘要：水利水电工程金属结构广泛应用于大坝、水闸、泵站等工程中，其主要承载和传递水力荷载和其他外部荷载。
然而，由于水环境中存在的各种化学物质以及湿润的工作环境，使得金属结构容易受到腐蚀的侵害。
金属结构腐蚀问题不仅会降低工程的强度和稳定性，还可能导致设备损坏、漏水甚至引发断裂事故。
本文主要分析水利水电工程金属结构腐蚀分析与研究。
关键词：水利水电工程；金属结构；防腐蚀引言水利水电工程中的金属结构承担着重要的功能，如水闸门、船闸、管道、储罐等。
然而，在水工环境中，这些金属结构容易受到腐蚀的侵害，导致安全隐患和工程损坏。
因此，对水利水电工程金属结构的腐蚀进行分析与研究，具有重要的意义。
1、水利水电工程金属结构腐蚀机理的分析水利水电工程金属结构的腐蚀机理是一个复杂的过程，涉及多种因素和反应。
金属结构在水环境中发生电化学氧化还原反应，其中有两个主要反应：阳极反应和阴极反应。
不同金属材料具有不同的标准电位（标准氢电极为参比电极），导致金属之间存在电位差，进一步促进了电化学腐蚀过程。
当金属结构中存在异质金属时，形成电池腐蚀，其中一个金属起到阳极，另一个金属起到阴极。
水中含有溶解氧、氯离子、硫酸根离子等物质，它们可以加速金属的腐蚀反应。
高温和湿度环境会加速金属的腐蚀速率。
酸性或碱性环境对金属腐蚀的影响不同，通常酸性环境下腐蚀速度更快。
金属表面会形成一层自然氧化膜，在一定程度上阻止了腐蚀反应的进行。
金属表面可能覆盖有污垢和保护层，对腐蚀有一定的保护作用，但在特定条件下也可能成为腐蚀的起始点。
在特定区域发生局部的腐蚀，形成小孔洞，严重时可能引起金属的破裂。
金属表面均匀腐蚀，导致金属材料的厚度减小，强度降低。
2、水工金属结构腐蚀常见类型水利水电工程金属结构在水环境中容易受到多种腐蚀类型的侵害。
点蚀腐蚀是一种以局部点孔或凹陷为特征的腐蚀形式。
通常在金属表面出现微小的腐蚀缺陷后，通过电化学反应形成凹坑，并向周围扩展。
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。
金属的应力腐蚀断裂与腐蚀疲劳断裂
（ 3 ）裂纹截面金相分析可见，氢脆裂纹为单支； 应力腐蚀和腐蚀疲劳裂纹则多有分支。其分枝程度 与应力比R、载荷水平和频率有关。
（ 4 ）区分应力腐蚀和腐蚀疲劳的依据有二：一是 调查和计算分析应力性质；二是断口上是否有疲劳 辉纹。但须注意，断口上有辉纹的面积份额可能很 小，并且辉纹可能短而少，尤其是低周的条件下， 故往往不易发现。
30
三、断口微观特征 （1）若腐蚀产物不是很厚或被清 洗掉后，在适当的（例如数百倍 ）倍率下，沿晶断口的形貌是颗 粒状的，如图8－19和图8－20， 可以看到沿晶的二次裂纹。
31
（ 2 ）穿晶型的应力腐蚀断口有羽毛状花样或明显的 类似解理形貌， （ 3 ）在腐蚀产物很厚的情况下，断口形貌可能被掩 盖。
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。
消除构件中的残余应力，在溶液中添加缓蚀剂以及 进行阴极保护是防止钛和钛合金发生应力腐蚀的可 行办法。
能发生应力腐蚀，其敏感温度为15～30℃，<10℃及
>40℃刚敏感性大降。微量的氧，大大促进该SCC，故
在装液氨前必须排净空气而充。微量水(达0.2%以上) 可防止该种SCC。
13
碳钢还可能在其它许多酸环境中，在中、在
高压的水溶液中、在HCN的含水气体中发生应力
腐蚀断裂。碳钢的应力腐蚀大多是沿晶的。少数
镀锌与镀锡：对于镀锌铁，镀锌层破损处的腐蚀轻微，
这是由于Zn作为阳极并发生钝化；对于镀锡铁，镀锡
层破损处的腐蚀严重，这是由于Sn作为阴极，Fe作阳 极而钝化膜不致密、不稳定所致。 （2）浓差电池 一般氧浓度低的区域为阳极。
不锈钢的腐蚀方式与腐蚀性能
不锈钢的腐蚀方式与腐蚀性能⑴不锈钢的腐蚀方式简介在众多的工业用途中，不锈钢能提供令人满意的耐蚀性能。
根据使用的经验来看，除机械失效外，不锈钢的腐蚀主要表现在：不锈钢的一种严重的腐蚀形式是局部腐蚀（亦即应力腐蚀开裂，点腐蚀，晶间腐蚀，腐蚀疲劳以及缝隙腐蚀）。
①应力腐蚀开裂（SCC）应力腐蚀开裂是指承受应力的合金在腐蚀性环境中由于裂纹的扩展而产生失效的一种形式。
应力腐蚀开裂具有脆性断口形貌，但它也可能发生于韧性高的材料中。
发生应力腐蚀开裂的必要条件是要有拉应力（不论是参与应力还是外加应力，或者两者兼而有之）和特定的腐蚀介质存在。
裂纹的形成和扩展大致与拉应力方向垂直。
这个导致应力腐蚀开裂的应力值，要比没有腐蚀介质存在时材料断裂所需要的应力值小得多。
在微观上，穿过晶粒的裂纹称为穿晶裂纹，而沿晶界扩展的裂纹称为沿晶裂纹，当应力腐蚀开裂扩展至一定的深度时（此处，承受荷载的材料断面上的应力达到它在空气中的断裂应力），则材料就按正常的裂纹（在韧性材料中，通常是通过显微缺陷的聚合）而断开。
因此，由于应力腐蚀开裂而失效的零件的断面，将包含有应力腐蚀开裂的特征区域以及与显微缺陷的聚合想联系的“韧窝”区域。
通常是应力腐蚀开裂的基本条件是：弱的腐蚀介质，一定的拉应力和特定的金属材料构成的特定腐蚀系统。
下面将详细介绍这方面的内容。
a 仅当弱的腐蚀在金属表面形成不稳定的保护膜时，才可能发生应力腐蚀开裂。
实验结果表明：pH值降低将减弱奥氏体不锈钢的应力腐蚀开裂敏感性。
一般的结构用钢在中性pH 值和高pH值介质中，将发生不同机制的应力腐蚀开裂。
b 在一定的拉应力的应变条件下易产生腐蚀。
对Cr-Ni不锈钢的应力腐蚀开裂，应力（σ）和开裂时间（t s）关系一般认为符合1gt s=a+bσ方程，式中a，b为常数。
这表明所受应力越大，不锈钢产生应力腐蚀开裂的时间越短。
对不锈钢应力腐蚀开裂研究表明，存在产生应力腐蚀的临界应力值，常用σSCC表示。
7 应力腐蚀与腐蚀疲劳解析
20
7.1.4 防止应力腐蚀的措施和安全设计
2．构件的安全设计
长期在介质中工作的零件存在裂纹时，可用断裂力 学方法进行安全分析。
以给定材料的表面裂纹体为例，可由查阅资料得到 的应力强度因子KI表达式，分别令KI=KIscc和KI=KIc 给出两种临界状态的σ－a图。
当零件所承受的名义应力为σ时，可在图中作相应水 平虚线，分别得到在介质中应力腐蚀开裂和在空气中 应力腐蚀开裂的临界裂纹尺寸。
15
（4）缝内金属离子水解产生H＋离子，使pH值下降，为了维持电中性， 缝外的Cl-阴离子可移至缝内，形成腐蚀性极强的盐酸，使缝内腐蚀以 自催化方式加速进行。
裂纹尖端塑性变形引起钝化膜破坏的模型
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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
（1）合理选择材料：针对零件所受的应力和使用条件
– 破坏部分成为阳极； – 裂纹尖端应力集中降低阳极电位，加速阳极溶解。
在应力作用下表面钝化膜破坏是由于临近裂纹尖端处容易产生局部塑 性变形而形成滑移台阶所致。
2．闭塞电池理论
（1）在应力和腐蚀介质的共同作用下，金属表面的缺陷处形成微蚀孔 或裂纹源。 （2）微蚀孔和裂纹源的通道非常窄小，孔隙内外溶液不容易对流和扩 散，形成所谓“闭塞区”。 （3）在闭塞区，氧迅速耗尽，得不到补充，最后只能进行阳极反应。
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由4340钢的KIscc和KIc作出的σ－a曲线图
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）。
12
恒载试验方法
4.12M KI BW 3 2
耐腐蚀性及其种类
耐腐蚀性及其种类1、腐蚀的种类和定义在众多的工业用途中，不锈钢都能提供今人满意的耐蚀性能。
根据使用的经验来看，除机械失效外，不锈钢的腐蚀主要表现在：不锈钢的一种严重的腐蚀形式是局部腐蚀（亦即应力腐蚀开裂、点腐蚀、晶间腐蚀、腐蚀疲劳以及缝隙腐蚀）。
这些局部腐蚀所导致的失效事例几乎占失效事例的一半以上。
事实上，很多失效事故是可以通过合理的选材而予以避免的。
应力腐蚀开裂（SCC）：是指承受应力的合金在腐蚀性环境中由于烈纹的扩展而互生失效的一种通用术语。
应力腐蚀开裂具有脆性断口形貌，但它也可能发生于韧性高的材料中。
发生应力腐蚀开裂的必要条件是要有拉应力（不论是残余应力还是外加应力，或者两者兼而有之）和特定的腐蚀介质存在。
型纹的形成和扩展大致与拉应力方向垂直。
这个导致应力腐蚀开裂的应力值，要比没有腐蚀介质存在时材料断裂所需要的应力值小得多。
在微观上，穿过晶粒的裂纹称为穿晶裂纹，而沿晶界扩图的裂纹称为沿晶裂纹，当应力腐蚀开裂扩展至其一深度时（此处，承受载荷的材料断面上的应力达到它在空气中的断裂应力），则材料就按正常的裂纹（在韧性材料中，通常是通过显微缺陷的聚合）而断开。
因此，由于应力腐蚀开裂而失效的零件的断面，将包含有应力腐蚀开裂的特征区域以及与已微缺陷的聚合相联系的“韧窝”区域。
点腐蚀：是一种导致腐蚀的局部腐蚀形式。
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。
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。
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。
《材料腐蚀与防护》习题与思考题
《材料腐蚀与防护》习题与思考题第一章绪论1．何谓腐蚀？为何提出几种不同的腐蚀定义？2．表示均匀腐蚀速度的方法有哪些？它们之间有何联系？3．镁在海水中的腐蚀速度为1.45g/m2.d, 问每年腐蚀多厚？若铅以这个速度腐蚀，其深(mm/a)多大？4．已知铁在介质中的腐蚀电流密度为0.1mA/cm2，求其腐蚀速度失和深。
问铁在此介质中是否耐蚀？第二章电化学腐蚀热力学1．如何根据热力学数据判断金属腐蚀的倾向？如何使用电极电势判断金属腐蚀的倾向？2．何谓电势-pH图？举例说明它在腐蚀研究中的用途及其局限性。
3．何谓腐蚀电池？有哪些类型？举例说明可能引起的腐蚀种类。
4．金属化学腐蚀与电化学腐蚀的基本区别是什么？5．a)计算Zn在0.3mol/LZnSO4溶液中的电解电势（相对于SHE）。
b) 将你的答案换成相对于SCE的电势值。
6．当银浸在pH=9的充空气的KCN溶液中，CN-的活度为1.0和Ag(CN)2-的活度为0.001时，银是否会发生析氢腐蚀？7．Zn浸在CuCl2溶液中将发生什么反应？当Zn2+/Cu2+的活度比是多少时此反应将停止？第三章电化学腐蚀反应动力学1．从腐蚀电池出发，分析影响电化学腐蚀速度的主要因素。
2．在活化极化控制下决定腐蚀速度的主要因素是什么？3．浓差极化控制下决定腐蚀速度的主要因素是什么？4．混合电位理论的基本假说是什么？它在哪方面补充、取代或发展了经典微电池腐蚀理论？5．何谓腐蚀极化图？举例说明其应用。
6．试用腐蚀极化图说明电化学腐蚀的几种控制因素以及控制程度的计算方法。
7．何谓腐蚀电势？试用混合电位理论说明氧化剂对腐蚀电位和腐蚀速度的影响。
8．铁电极在pH=4.0的电解液中以0.001A/cm2的电流密度阴极化到电势-0.916V（相对1mol/L甘汞电极）时的氢过电势是多少？9．Cu2+离子从0.2mol/LCuSO4溶液中沉积到Cu电极上的电势为-0.180V（相对1mol/L甘汞电极），计算该电极的极化值。
金属的应力腐蚀断裂与腐蚀疲劳断裂
裂。其中许多问题至今还没得到深入的研究，甚
至有的还是很不了解。表8-2是一些金属和合金
的部分应力腐蚀环境。
11
一、碳钢的应力腐蚀 早年的铆接蒸汽锅炉，为减缓铁的腐蚀在水中加
入NaOH调制pH值。结果在铆缝中发生NaOH浓缩（渗
漏、蒸发所致）导致应力腐蚀而引起过爆炸，当时
叫做碱脆。能导致碳钢碱脆的介质还包括KOH、
27
二、断裂的途径
（ 1 ）根据金属和合金的种类及介质不同， SCC 可以
是沿晶的或穿晶的，碳钢和铬不锈钢多系沿晶的；
奥氏体不锈钢则多为穿晶的；铝，钛、镍也多为沿
晶的。一般说来，发生平面滑移的材料倾向于穿晶
断裂；易发生交滑移的材料更倾向于沿晶断裂。
（2）裂纹扩展的宏观方向与应力有关，大体垂直于
主应力。
几何特征区分为全面腐蚀、局部腐蚀和集中腐蚀
。
3
就腐蚀的理化机制分类而论，物理腐蚀主要指金
属在介质中被溶解，例如Cu被Zn熔体腐蚀，铁被铜
熔体溶解，铜被钎料溶解……等。这里，腐蚀的一
级（直接）产物主要是溶液而不是化合物。化学腐
蚀和电化腐蚀的直接生成物都是化合物。
4
二、电化腐蚀原理（腐蚀电池）
当两块不同金属置于同一电解液中，例如 Cu和 Zn 同 插入 Cu2SO4溶液中，由于Zn和 Cu的电极电位不同，就 构成了一个电池。此时若接通电池的外电路，就有电 流通过。 这时： Zn→Zn2++2e↓(传导)
15
高铬的铁素体不锈钢的应力腐蚀敏感性较奥 氏体钢低得多。过去由于一般方法冶炼的铁素体 不锈钢表现出强烈的低温脆性，故在有氯脆的化
工设备中不能代替奥氏体钢。近十多年来，真空
法生产出低杂质(主要是O、C、N)的高铬钢，克
腐蚀疲劳
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一般来说，扭转疲劳大于扭转弯曲疲劳， 旋转弯曲疲劳大于抗压疲劳
正弦波，正锯齿波对腐蚀疲劳影响 大，而方波，负锯齿波影响小 表面缺口等缺陷易产生疲劳裂纹，对 腐蚀疲劳影响大，但对裂纹扩展影响 较小
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应力循环波形
应力集中
环境因素的影响
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温度
温度越高，材料耐腐蚀疲劳性能下降
介质的腐 蚀性
腐蚀疲劳
组员:徐秋湘 俞曦 李抒衡 朱旭烽
腐蚀疲劳（corrosion fatigue）
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定义
指金属受腐蚀介质和交变应力或脉动应力的联合作用而 引起的破坏现象。 腐蚀疲劳又称为交变应力腐蚀。 腐蚀疲劳是一些金属构件发生突然断裂的主要原因，如 船舶推进器，涡轮机涡轮叶片，汽车的弹簧，泵轴，油田抽 油杆等经常出现这种破坏
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腐蚀疲劳与磨损腐蚀
由于金属材料在承受摩擦力 （表面切应力）的同时，还与 环境介质发生化学或者电化学 反应，而导致表面上的材料出 现流失。因此也是应力作用下 腐蚀的形式之一。
腐蚀磨损过程中的腐蚀行为 与磨损行为与单独的腐蚀或 者磨损存在较大的差异，腐 蚀能够加速磨损，磨损也可 以促进腐蚀，从而加速了材 料的破坏失效。
2. 腐蚀磨损的影响因素
2.腐蚀疲劳机理
2.2 腐蚀疲劳扩展机制 腐蚀疲劳裂纹扩展时裂纹尖端的反应过程如图1所示。当金属材料暴露于腐蚀环 境中，腐蚀介质首先迁移到裂纹尖端，与裂纹尖端新鲜金属表面发生局部电化 学反应。该反应最简单的情况是阳极溶解与阴极放氢，反应可能产生的有害物 质氢吸附于金属表面。反应的速度、氢还原的量以及氢在裂纹尖端还原后成为 吸附氢将控制这个扩散过程。随着 裂纹尖端和金属滑移导致位错不断出现， 吸附氢沿着位错带或晶界迁移扩散，进 入裂纹尖端前沿区域的吸附氢向高应力 区富集，引起材料的局部损伤（如氢脆） 。裂纹尖端处电化学反应产生的腐蚀产 物，一方面会向外析出产生Wedge 效应， 另一方面腐蚀产物容易堆积在裂纹尖端 部位，改变裂纹尖端局部应力状态，引 起裂纹的闭合效应。
03
减缓腐蚀作用 常用的措施有施加表面涂（镀）层、 添加缓蚀剂和实施电化学保护技术。
1.什么是腐蚀磨损
目录
3.腐蚀磨损的控制措施
2.腐蚀磨损的影响因素
腐蚀磨损：腐蚀磨损通常是 指腐蚀环境中摩擦表面出现 的材料流失现象。
它包括摩擦副的腐蚀磨 损、腐蚀性浆料冲蚀、 腐蚀液流中的气蚀等类 型。腐蚀磨损现象广泛 存在于石油化工、矿山 机械、航空航天、建材、 水利电力等行业的机械 设备中。
01 材料自身因素影响
金属材料的成分、热处理方法及组织结构等特性是腐蚀疲劳的内在影响因素，对腐蚀疲劳裂纹萌 生与扩展影响至关重要。若金属材料含有杂质，会造成应力集中，增加材料腐蚀疲劳发生的概率 改变材料裂纹扩展速率
材料裂纹的产生及扩展的原因分析
材料疲劳裂纹的产生及影响裂纹扩展的因素摘要：文中通过对疲劳裂纹的研究，全面分析了疲劳裂纹的产生，交变应力，表面状态，载荷形式，化学成分，夹杂物等对疲劳产生的影响；分析了影响疲劳裂纹扩展的因素，载荷，腐蚀环境，热疲劳，温度对疲劳裂纹扩展的影响机理，论述了其影响效果，对进一步研究分析裂纹的产生，防止裂纹进一步扩展，提高材料的寿命有一定的帮助。
关键词：疲劳裂纹 ; 疲劳裂纹扩展Abstract: In this paper, through the study of fatigue crack, and making a comprehensive analysis of the fatigue crack produces, alternating stress, the surface, and the load form, chemical composition, inclusion has effect on the fatigue; Analyzing the effect of fatigue crack growth’s factors. and the load, corrosive environment, thermal fatigue, temperature have influence on the fatigue crack propagation, It is a great help to study further the fatigue, prevent crack further expanding, and improve the life of the materials .Keyword：fatigue crack ; fatigue crack growth1 引言机械零件在交变压力作用下，经过一段时间后，在局部高应力区形成微小裂纹，再由微小裂纹逐渐扩展以致断裂。
应力腐蚀和腐蚀疲劳
1．预防措施 （4）采用电化学保护。
– 采用外加电位旳措施，使金属在介质中旳电位远离 应力腐蚀敏感电位区域，也是预防应力腐蚀旳一种 措施，一般采用阴极保护法。
– 但是，对高强度钢和其他氢脆敏感旳材料不能采用 这种保护法。
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文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。
– 这是一种KI不断增大旳试验措施，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不断减小旳试验措施，常用一种特殊构 造旳紧凑拉伸试样，并经过螺栓本身加载。试验开 始时，用螺栓产生一初始旳裂纹张开位移。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）下列时，裂 纹就会基本上停止扩展。
腐蚀疲劳旳S—N曲线最低，这是因为单纯腐蚀在蚀坑 和裂纹尖端处形成旳保护性氧化膜，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旳作用。
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7.3.1 腐蚀疲劳中旳S－ N曲线
材料旳腐蚀疲劳特征除和介质有关外，还和 材料成份、常规力学性能、试验频率以及抗 腐蚀能力有关。
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一种钛合金在3.5%盐水中旳破坏时间与 文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。 初始应力强度因子旳关系
最大应力强度因子
门槛应力强度因子
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滞后断裂旳示意图
亚临界裂纹扩展速率da/dt表征了材料旳 另一种应力腐蚀抗力。
孕育期：裂纹产生前旳一段时间，主要 是形成蚀坑（裂纹关键）旳过程。
环境氢脆
应力腐蚀与腐蚀疲劳
（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。
（3）在闭塞区，氧迅速耗尽，得不到补充，最后只能进行阳极反应。
（4）缝内金属离子水解产生H＋离子，使pH值下降，为了维持电中性，缝外
的Cl-阴离子可移至缝内，形成腐蚀性极强的盐酸，使缝内腐蚀以自催化
方式加速进行。
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裂纹尖端塑性变形引起钝化膜破坏的模型
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7.1.4 防止应力腐蚀的措施和安全设计
3
7.1 应力腐蚀
7.1.1 应力腐蚀裂纹扩展的特征 7.1.2 应力腐蚀开裂的测试方法 7.1.3 应力腐蚀的机理 7.1.4 防止应力腐蚀的措施和安全设计
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7.1.1 应力腐蚀裂纹扩展的特征
在拉应力作用下，金属零件在不同腐蚀介质中产生的 应力腐蚀开裂和扩展有以下共同的特征：
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一种钛合金在3.5%盐水中的破坏时间与初始 应力强度因子的关系
最大应力强度因子
门槛应力强度因子
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滞后断裂的示意图
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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给定温度、压力和介质中的典型裂纹扩展速率 曲线
第七章应力作用下的腐蚀解析
(4)材料和环境的交互作用反映在电位上，一般认为，应力腐蚀破裂有三个易产
生破裂的区间。
活化-阴极保护过渡区（区域1）
活化-钝化电位过渡区（区域2）
钝化-过钝化电位区（区域3）
三个电位过渡区都是钝化膜不稳定的区域，在应 力与腐蚀介质中易诱发应力腐蚀。
在区域1: ➢wNi20%不锈钢在8mol/l沸腾H2SO4中； ➢18Cr-9Ni不锈钢在225℃、wNaOH20%溶液中发生 破裂；
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
第一节 应力腐蚀破裂 应力腐蚀破裂是指材料在固定拉应力和腐蚀介质的共同作用下产生的破裂。 所谓固定，是指方向一定的拉应力，但是大小可以变化。腐蚀和应力是相互 促进，不是简单叠加 ，两者缺一不可 。应力腐蚀破裂简称应力腐蚀，国外 称之为SCC (Stress Corrosion Cracking 的缩写)。
残余应力，金属材料在生产过程和加工过程中，在材料内部产生的应 力如冷轧、弯曲、机械加工、焊接、热处理过程中也能产生应力。
热应力，由于淬火、周期性的加热和冷却而引起的应力。
结构应力，由于设备，部件的安装和装配而引起的应力。
产生应力腐蚀破裂的应力值一般低于材料的屈服点。在大多数产生应力腐 蚀的系统中，存在一个临界应力值。当应力值低于该临界值时，不会产生 应力腐蚀破裂。
在区域2：普碳钢在8mol/LNaOH溶液中发生应力 破裂；
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。
氢脆断裂：氢脆断裂是由于材料在存在氢的环境中发生的断裂。
氢脆断裂的主要机制是氢的扩散和积聚在材料中，导致材料的力学性能降低，从而引起断裂。
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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。