应力腐蚀
应力腐蚀概述
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
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。
Stress corrosion cracking
5. 特点
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
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。
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重要。
此外，应力腐蚀还在化工、石油、冶金等工业领域具有重要意义，对于设备的正常运行和人们的生命财产安全具有重要的保障作用。
结论应力腐蚀是金属材料在应力和特定腐蚀介质作用下发生的破坏现象。
它需要同时满足应力和腐蚀介质的作用才会发生，具有剧烈的破坏性。
为了减少应力腐蚀的发生，可以采取材料选择、设计和加工、腐蚀控制等预防措施。
应力腐蚀
1．应力腐蚀的机理：阳极溶解和氢致开裂机理阳极溶解机理应力腐蚀断裂必须首先发生选择性腐蚀，而金属的腐蚀又受图4所示的阳极极化曲线的影响。
以不锈钢为例，增加介质中Cl-含量，降低介质中O2含量及pH值，都会使图4a中阳极极化曲线从左向右移动，这四根曲线分别对应于蚀坑或裂纹区(图4b)的不同位置。
应力的主要作用在于使金属发生滑移或使裂纹扩展，这两种力学效应都可破坏钝化膜，从而使阳极过程得以恢复，促进局部腐蚀。
钝化膜破坏以后，可以再钝化。
若再钝化速度低于钝化膜破坏速度，则应力与腐蚀协同作用，便发生应力腐蚀断裂。
氢致开裂机理或称氢脆机理，是应力腐蚀断裂的第二种机理。
这种机理承认SCC必须首先有腐蚀，但是，纯粹的电化学溶解，在很多情况下,既不易说明SCC速度，也难于解释SCC的脆性断口形貌。
氢脆机理认为,蚀坑或裂纹内形成闭塞电池，局部平衡使裂纹根部或蚀坑底部具备低的pH值，这是满足阴极反应放氢的必要条件。
这种氢进入金属所引起的氢脆,是SCC的主要原因。
这种机理取决于氢能否进入金属以及金属是否有高度的氢脆敏感性。
高强度钢在水溶液中的SCC以及钛合金在海水中的SCC是氢脆引起的。
2．应力腐蚀开裂的断口形貌：穿晶断口开裂图3．氢鼓泡产生机理，文字图通过实验和理论分析研究了氢鼓泡形核、长大和开裂的过程. 在充氢试样中发现直径小于100 nm未开裂的孔洞, 它们是正在长大的氢鼓泡, 也发现已开裂的鼓泡以及裂纹多次扩展导致破裂的鼓泡.分析表明, 氢和空位复合能降低空位形成能, 从而使空位浓度大幅度升高, 这些带氢的过饱和空位很容易聚集成空位团.H在空位团形成的空腔中复合成H2就使空位团稳定, 成为氢鼓泡核.随着H 和过饱和空位的不断进入, 鼓泡核不断长大, 内部氢压也不断升高.当氢压产生的应力等于被氢降低了的原子键合力时, 原子键断开, 裂纹从鼓泡壁上形核.图5 氢鼓泡形核、长大示意图(a) 空位V和原子氢H聚集成为空位-原子氢集团; (b) 原子氢在空位团中复合成分子氢H2, 使其稳定, 鼓泡核形成; (c) 空位和氢不断进入鼓泡核使其长大; (d) 当鼓泡核内氢压产生的应力等于原子键合力时, 在鼓泡壁形成裂纹首先, 氢(H)进入金属和空位(V)复合, 使空位形成能大大降低, 从而大幅度升高空位浓度, 这些过饱和空位容易聚集成空位团. 当4个或以上的空位或空位-氢复合体(V-H)聚集成空位四面体或空位团时, 内部形成空腔, 如图5(a). 空位所带的氢在空腔中就会复合成H2, 形成氢压. 由于室温时H2不能分解成H, 故含H2的空位团在室温是稳定的, 它就是鼓泡核, 如图5(b). 随着H和空位不断进入鼓泡核, 就导致鼓泡在充氢过程中不断长大, 同时氢压不断升高, 如图5(c). 当鼓泡中的氢压在内壁上产生的应力等于被氢降低了的原子键合力时, 原子键断裂, 裂纹沿鼓泡壁形核, 如图5(d). 随着氢的不断进入, 裂纹扩展, 直至鼓泡破裂4．氢进入金属材料的途径P1295．氢致脆断类型：可逆和不可逆，第一类和第二类6．第一类氢脆里的三种形式：氢腐蚀，氢鼓泡、白点，氢化物型氢脆7．第二类氢脆两种形式：应力诱发氢化物型氢脆，可逆氢脆8．氢脆的特征：氢蚀，白点宏观断口形貌9．氢的延迟断裂，氢致开裂过程10．氢致脆断的断口形貌特征P13111．减少氢脆倾向的途径：降低内氢的措施，降低环境氢的活性12．氢脆的特点(1)实验室中识别氢脆与应力腐蚀的一种办法是，当施加一小的阳极电流，如使开裂加速,则为应力腐蚀,而当施加一小阴极电流,使开裂加速者则为氢脆。
7-应力腐蚀与腐蚀疲劳
• 减少和消除促进应力腐蚀开裂的有害化学离子，如通过水净 化处理，降低冷却水与蒸汽中的氯离子含量，对预防奥氏体 不锈钢的氯脆十分有效；
• 可以在腐蚀介质中添加缓蚀剂，如在高温水中加入300×106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 。
19
7.1.4 防止应力腐蚀的措施和安全设 计
22
7.2 氢脆
• 氢脆的定义
– 由氢和应力的联合作用而产生脆性断裂的现象谓之氢 脆断裂，简称氢脆。
• 氢脆发生的机理
– 原子氢在结合成氢分子的过程受阻，部分氢原子会溶 解到金属内部，而当金属同时受应力作用时，就可能 通过某种机制导致裂纹产生和脆性扩展。
• 影响氢脆发生的因素
– 氢原子溶入金属的数量、它的扩散能力以及基体受力 的状态。
7 应力腐蚀与腐蚀 疲劳
现代设计与分析研究所 何雪浤
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
2
13
恒位移试验方法
14
7.1.3 应力腐蚀的机理
1．钝化膜理论 – 在应力腐蚀破坏时，首先表现为钝化膜的破坏 。
• 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。
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。
二、应力腐蚀试验方法根据应力的加载方法不同，应力腐蚀试验方法主要可分为以下四类：恒变形法----给予试样一定的变形，对其在试验环境中的开裂敏感性进行评定恒载荷法(SSCC)----方法有拉伸试验、弯梁试验、C形环试验、双悬臂梁试验，常用拉伸试验，即把单轴拉伸型的试样进行H2S水溶液应力腐蚀试验，试验介质为%HAc+5%NaCl+饱和H2S水溶液，试验在恒负荷拉伸应力腐蚀试验机上进行。
金属应力腐蚀问题的分析与解决
金属应力腐蚀问题的分析与解决在各种工业、冶金、航空、化工等行业中，经常会涉及到金属材料的应力腐蚀问题。
应力腐蚀是一种混合腐蚀方式，它同时发生了机械应力和化学反应的作用。
由于应力的作用，金属表面的保护层会破坏，使得金属材料失去保护，随后出现腐蚀现象。
这种腐蚀不仅会损坏金属材料的结构，也使得工业和制造业遭受重大损失。
因此，我们需要深入了解应力腐蚀问题的原因和解决方法。
1. 应力腐蚀的原因首先，了解应力腐蚀的原因十分关键。
应力腐蚀的产生原因与金属材料的性质、环境条件有关。
在工业和制造业中，金属材料经常承受着力学应力和化学腐蚀的双重作用，特别是在湿润的环境下更为容易出现应力腐蚀。
1.1 腐蚀环境对金属的影响腐蚀环境对金属材料的影响是造成应力腐蚀的一个主要原因。
在工业生产中，金属与环境很难完全隔离。
比如，水产生的湿气、氧气、盐等离子体都会产生腐蚀作用。
在这些腐蚀环境中，金属表面常常会存在氧化物、氢氧根等化学物质，这些都会进一步加剧腐蚀演变。
1.2 金属材料的应力敏感性金属材料的应力敏感性是引起应力腐蚀的另一个主要因素。
应力敏感性是指金属材料在受到一定的应力作用下，结构强度的改变程度。
在工业中，比如航空、核电站等行业，金属结构承受的应力常常达到其极限之外。
在这些环境下，金属材料的应力敏感度将对其腐蚀程度产生重要影响。
1.3 应力来源的多样性来源于机械装置的应变、制造缺陷、贮存过程、物料压力以及温差等对于金属材料的应力均为应力腐蚀产生的原因。
在工业生产中，正因为材料上存在着各类负荷，金属材料的强度常常需要具备一定的弹性。
这会使得金属材料在承受应力时出现塑性变形和纤维方向发生改变，从而导致应力场的分布不均匀。
2.解决应力腐蚀的方法了解应力腐蚀的产生原因之后，我们还需要探讨如何解决这个问题。
在工业制造和生产当中，应力腐蚀的出现会给我们的工作带来很多不便。
因此，我们需要有针对性地解决应力腐蚀问题。
2.1 合理的材料选择在制造中合理的材料选择是对应力腐蚀的有效解决方法之一。
3.6 应力腐蚀
裂纹尖端、阳极溶解、裂纹扩展模型。
裂纹尖端的溶解速度
• 裂纹尖端的溶解速度(ia)与裂纹扩展速度V有如下关系: ia = V(nFρ/m) (3-18)
m— 金属的原子量 ,ρ— 金属的密度， n— 溶解金属的 离子价数, F—法拉第常数。 • 如沸腾的MgCl2溶液中, 18-8不锈钢在无拉应力条件下， 阳极溶解电流密度只有10-5A/cm2, 而在应力腐蚀条件 下，裂纹尖端处的阳极电流密度达到 0.4~2.0A/cm2 ， 相当于裂纹尖端扩展速度 0.5~2.5mm/h 。结果表明， 实测的阳极电流密度与快速溶解理论相符合。 • V = ia m/nFρ[cm/s] = ia m/nFρ × 3600×10[mm/h]
864532常用的金属植入材料87植入用不锈钢的力学性能88cocrmo合金的力学性能89905材料的耐蚀性51纯金属的耐蚀性为更好地利用纯金属以及改进合金的耐蚀性了解掌握纯金属稳定性可根据其标准电极电位值作出近似的判断
3.6 应力腐蚀
• 3.6.1 应力腐蚀的概述 • 应力与环境共同作用下的腐蚀是局部腐蚀的一大类 型。材料除受环境作用外还受各种应力作用，因此会 导致较单一因素下更严重的腐蚀破坏形式。 • 由于材料在环境中受应力作用方式不同，其腐蚀形式 也不同。一般可分为：应力腐蚀、腐蚀疲劳、磨损腐 蚀，湍流腐蚀，冲蚀等。在这类腐蚀中受拉应力作用 的应力腐蚀是危害最大的局部腐蚀形式之一，材料会 在没有明显预兆的情况下突然断裂。 • 应力腐蚀(英文缩写SCC)是指金属材料在特定腐蚀介 质和拉应力共同作用下发生的脆性断裂
裂纹扩展速率(da/dt)与K1SCC关系
• 曲线上存在三个不同区域。 1)区域I 当K1稍大于K1SCC时，裂纹经过一段孕育突然 加速发展，即在 I 区内，裂纹生长速率对 K1 较敏感； 2)区域II da/dt与 K1无关，通常说的裂纹扩展速率就 是指该区速率，因为它主要由电化学过程控制，较 强烈地依赖于溶液的pH值，粘度和温度； 3)区域III 失稳断裂区，裂纹深度已接近临界尺寸acr , 当超过这个值时，应力强度因子达到K1c时，裂纹生 长率迅速增加直至发生失稳断裂。
应力腐蚀形成条件、危害性及裂纹特征
应力腐蚀形成条件、危害性及裂纹特征
1.应力腐蚀形成条件一是拉应力，二是应力腐蚀环境（含温度、腐蚀性介质）。
2.危害性是应力腐蚀而引起的断裂是在没有明显宏观变形、无任何征兆的情
况下发生的，破坏具有突发性。
裂纹往往深入到金属内部，一旦发生，很难修复，有时只好整台设备报废。
由于应力腐蚀裂纹原因复杂，涉及许多学科领域，到目前为止，尚有许多问题没搞清楚。
3.裂纹特征从宏观形态看，应力腐蚀裂纹只产生在与腐蚀介质接触的金属表
面，然后由表面向内部延伸，表面看呈直线状、树枝状、龟裂状或放射状等多种形态，但都没有明显塑性变形，裂纹走向与所受拉应力垂直。
从微观形态看，深入金属内部的应力腐蚀裂纹呈干枯的树根状，“根须”细长而带有分支，见下图，裂纹断口为典型的脆性断口。
应力腐蚀断裂
裂纹扩展速率(da/dt)与K1的关系——三阶段：
lg da dt
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
K1SCC
K1C K1
图2 裂纹扩展速率(da/dt)与K1的关系
试验原理
疲劳裂纹扩展速率da/dN表达式
② 当整体金属仍是弹性 变形状态时，裂纹尖 端的前沿为塑性区。
③ 裂纹尖端前具有三向 拉伸应力区，氢可在 此处富集。
裂纹尖端易于继续阳 极溶解，裂纹壁上阴 极反应析出的氢易于 进入金属。
位错与氢结合；运动 的位错快速输送氢。
指出富集部位，三向 拉伸区较疏松，富集 氢可降低应变能。
硫化物应力（SSC）腐蚀
K1
=
P
C3
(a W
B a
)
3）硫化氢环境门限应力强度因子KISCC的测定
材料在硫化氢环境下的 抗断裂特性
实验方法 用螺栓对试样加载P0 ，
用引伸计测量加载过程 中试样裂纹开口位移， 记录中止时位移量V0
试件放入H2S溶液中，经过一定 时间，试件裂纹扩展 ，螺栓力
松弛，载荷下降， 则KI下降，
三向受拉处，物质最稀松，有空穴产生，氢集中 在空穴中。
焊接时，氢离子结合呈氢原子或氢分子，形 成107的大气压。高的压力使钢材表面出现 氢鼓包，内部产生裂纹。
要求焊接时焊条要烘干，不得受潮。
3.硫化物应力腐蚀性能试验方法
美国腐蚀工程协会NACE TM0177—2005规定了四种标准 方法：
W - a 2.5( Ke )2 0.2
K1SCC/s>0.3，视为合格
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奥氏体不锈钢：氯化物水溶液，海水，海洋大气，高温水，潮湿空气（湿度90%），热NaCl，H2S水溶液，严重污染的工业大气（所以不锈钢水压试验时氯离子的含量有很严格的要求）。
马氏体不锈钢：氯化的，海水，工业大气，酸性硫化物航空用高强度钢：海洋大气，氯化物，硫酸，硝酸，磷酸铜合金：水蒸汽，湿H2S，氨溶液铝合金：湿空气，NaCl水溶液，海水，工业大气，海洋大气（二）应力腐蚀断口特征与疲劳相似，应力腐蚀断裂也是通过裂纹形成和扩展这两个过程来进行的，一般认为裂纹形成约占全部时间的90%左右，而裂纹扩展仅占10%左右。
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。
应力腐蚀试验操作规程
应力腐蚀试验操作规程应力腐蚀试验（Stress Corrosion Cracking，SCC）是一种评价材料在应力作用下腐蚀敏感性的方法。
它可用于评估材料的工程性能和耐久性，尤其是在温度和湿度环境中。
以下是应力腐蚀试验的操作规程。
一、试验前准备1.选择试验材料和试样，并制备好试样，确保其符合要求。
2.准备好试验设备，包括应力装载设备、试样架和腐蚀介质等。
3.清洁试样和试验设备，确保无表面污染。
二、试验设备调试1.检查试验设备的安全性和可靠性，确保其能正常工作。
2.测试应力装载设备的标定和准确性，确保能正确施加设定的应力。
三、试样安装1.安装试样于试验设备中，并进行必要的校准。
2.确保试样能受到均匀的应力加载，并避免应力局部集中。
四、试验参数设定1.根据试验需求，确定试验的温度、湿度和应力等级。
2.设定试验时间，根据试验材料和环境的特性来确定。
五、试验开始1.开始应力腐蚀试验，并定期记录试验条件和观察试样情况。
2.进行必要的中期检查和维护，确保试验过程的稳定性。
六、试验结束1.达到设定的试验时间后，停止试验，并关闭试验设备。
2.取出试样，并进行表面检查和观察。
七、结果分析1.根据试样的表面情况和试验参数，判断试样是否产生了应力腐蚀开裂。
2.对试验结果进行统计和分析，给出相应的评价和建议。
八、资料整理1.将试验数据整理成报告，包括试验参数、观察结果和分析结论等。
2.保存好试样和试验设备等相关资料，以备后续的研究和使用。
总结：应力腐蚀试验是一项重要的材料评价方法，其可用于评估材料在应力作用下的腐蚀敏感性。
通过执行以上的操作规程，能够确保试验的准确性和可靠性，为材料性能的评估和材料选择提供有力的支持。
应力腐蚀
2 1
oCr18Ni12Mo 2 (∅80×7.25管 材)
2
N:未破裂 M:母材内破裂 括号内数字为试验时间
D:焊缝内破裂
应 力 （公 斤 ／ 毫 米 ） ²
30
未喷丸处理 喷丸处理
20
10
10²
10³
10⁴
喷丸处理
oCr18Ni10 (42%
Mgcl₂
)
• 防止措施
严格控制腐蚀环境，防止Cl-、OH-浓缩：防 止水蒸发，设备定期清洗，即时排污 添加缓蚀剂：如液氨溶液中加0.2%的水 保护性覆盖膜：电镀、喷镀、渗镀，涂料等 采用阴极保护:接负电位为-0.8V时，可有效抑 制铬镍钢的腐蚀。
1 1000
PPM
温 度 OF
400 347 型 300
200
316型 100
0
20
40
60
80
100
120
产生破裂所需要的时间（小时）
温度对破裂诱发时间的影响，316及347型不锈钢在含875ppm Nacl的水中
（根据Fontant等）
●●
冶金因素
合金的化学成分、热处理、组织结构、加 工状态对其SCC敏感性都有影响。 对于奥氏体不锈钢在氯化物溶液中的SCC 来说，提高Ni含量，加入硅、铜，有利 于提高抗SCC性能。 增加碳含量也有利于提高耐SCC性能，但 含碳量大则容易产生晶间性SCC。
H
在扩展的裂纹中的阳极反应
随H+阴极还原氢进入 合金中 H++e H H（Fe）H2
当（H+）建立（可能是慢的一步）从孔蚀形 成显微裂纹 在裂纹中阳极反应得到高浓度（H+）如： 2Cr+3H2O Cr2O3+6H++6e
应力腐蚀
应力腐蚀&晶晶间腐蚀应力腐蚀开裂（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。
碳钢和低合金钢焊制的压力容器最常见的应力腐蚀环境包括：湿H2S 环境，液氨环境以及NaOH 溶液。
而奥氏体不锈钢压力容器最常见的应力腐蚀是氯离子引起的。
可产生应力腐蚀破坏的金属材料与环境的组合主要有以下几种： 1. 碳钢和低合金钢：介质为碱液、硝酸盐溶液、无水液氨、湿硫化氢、醋酸等；2. 奥氏体不锈钢：氯离子、氯化物+蒸汽、湿硫化氢、碱液等；3. 含钼奥氏体不锈钢：碱液、氯化物水溶液、硫酸+硫酸铜的水溶液等；4. 黄铜：氨气及溶液、氯化铁、湿二氧化硫等；5. 钛：含盐酸的甲醇或乙醇、熔融氯化钠等；6. 铝：湿硫化氢、海水等减弱应力腐蚀的有效方法就是对设备进行消除应力热处理。
消除应力热处理属于焊接工件被加热到500-650度而后再缓慢冷却的过程。
应力的降低起因于高温下的蠕变，在碳钢中从450度开始出现；在含钼的钢中，从550度开始出现。
温度越高，应力越易于消除。
但是一旦超过钢材的原始回火温度，钢的强度便要降低。
所以消除应力的热处理一定要掌握好温度和时间两个要素，缺一不可。
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；
铝合金的应力腐蚀
铝合金的应力腐蚀1. 引言铝合金是一种广泛应用于航空、汽车、建筑和电子等领域的重要材料。
然而，铝合金在一些特殊环境中容易发生应力腐蚀，这对其使用寿命和性能造成了一定的影响。
本文将重点讨论铝合金的应力腐蚀问题，并深入研究其机理和影响因素。
2. 应力腐蚀的概念及机理2.1 应力腐蚀的定义应力腐蚀是指在特定环境中，当材料受到一定应力作用时，与该环境发生相互作用而导致材料发生损伤的现象。
与其他形式的损伤相比，应力腐蚀具有快速、不可逆转等特点。
2.2 应力腐蚀机理在铝合金中发生应力腐蚀时，通常涉及到三个主要因素：环境、应力和材料本身。
首先，特定环境中存在某种有害物质或电化学条件对铝合金产生损害。
其次，在受到外部或内部应力作用下，铝合金表面的保护膜可能会破裂或变薄，从而暴露出更多的金属表面。
最后，金属表面的暴露会导致更多的腐蚀反应发生，从而进一步加速应力腐蚀过程。
3. 铝合金应力腐蚀的影响因素3.1 环境因素环境因素是导致铝合金应力腐蚀的重要原因之一。
常见的环境因素包括温度、湿度、氧气浓度、pH值等。
高温、高湿度和高氧气浓度会加速铝合金表面发生氧化反应，进而促进应力腐蚀过程。
3.2 应力因素外部或内部施加在铝合金上的应力是引发应力腐蚀的另一个重要因素。
外部施加在材料上的静态或动态载荷会导致材料内部产生一定程度的塑性变形和残余应力，从而削弱了材料表面保护层并促进了局部化学反应。
3.3 材料本身铝合金本身在组织结构和成分上存在差异，这也会对应力腐蚀的发生产生影响。
晶界、金属间化合物、晶粒尺寸等因素都可能引发应力腐蚀的发生。
4. 铝合金应力腐蚀的预防和控制措施4.1 选择合适的材料在特定环境中，选择适合的铝合金材料是预防和控制应力腐蚀的关键。
不同铝合金材料对不同环境条件具有不同的耐腐蚀性能，因此需要根据具体使用条件选择相应材料。
4.2 表面处理技术通过表面处理技术可以增强铝合金表面的耐腐蚀性能。
常用的表面处理方法包括阳极氧化、化学镀等，这些方法可以形成一层致密且具有良好耐化学性能和机械强度的保护层。
材料的应力腐蚀
材料的应力腐蚀标准化管理处编码[BBX968T-XBB8968-NNJ668-MM9N]材料应力腐蚀材料在应力和腐蚀环境的共同作用下引起的破坏叫应力腐蚀。
这里需强调的是应力和腐蚀的共同作用。
材料应力腐蚀具有很鲜明的特点，应力腐蚀破坏特征，可以帮助我们识别破坏事故是否属于应力腐蚀，但一定要综合考虑，不能只根据某一点特征，便简单地下结论。
影响应力腐蚀的因素主要包括环境因素、力学因素和因素。
原理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的应变和腐蚀联合作用产生的材料破坏过程。
应力腐蚀导致材料的断裂称为应力腐蚀断裂。
应力腐蚀一般认为有阳极溶解和氢致开裂两种。
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。
影响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。
一般存在拉应力，但实验发现压应力有时也会产生应力腐蚀。
对于扩展速率，应力腐蚀存在临界KISCC，即临界应力强度因子要大于KISCC，裂纹才会扩展。
一般应力腐蚀都属于脆性断裂。
应力腐蚀的裂纹扩展速率一般为10- 6~10-3 mm/min，而且存在孕育期，扩展区和瞬断区三部分。
容易发生应力腐蚀的设备发生这种腐蚀的主要设备有热交换器、冷却器、蒸汽发生器、送风机、干燥机和锅炉特点(1)造成应力腐蚀破坏的是静应力，远低于材料的屈服强度，而且一般是拉伸应力(近年来，也发现在不锈钢中可以有压应力引起)。
应力腐蚀致脆的名词解释
应力腐蚀致脆的名词解释应力腐蚀致脆（Stress Corrosion Cracking，SCC）是一种常见的材料失效方式，它是金属或合金在同时受到应力和腐蚀介质作用下出现的脆性断裂现象。
这种形式的腐蚀破坏常常发生在高强度金属和合金上，尤其是在气体、液体或溶液中的高温环境下。
本文将对应力腐蚀致脆的概念、机制以及防治方法进行解释和探讨。
应力腐蚀致脆是由于金属或合金在存在外部应力的情况下，受到腐蚀介质的化学作用引起的。
腐蚀介质可以是气体、液体或溶液，其特点是具有一定的电导率和一定的化学活性。
应力载荷可以是静态载荷，如拉伸、压缩等，也可以是动态载荷，如振动、冲击等。
应力腐蚀致脆的机制非常复杂，通常包括三个关键要素：金属或合金的组织结构、外部应力和腐蚀介质。
首先，金属或合金的晶粒结构和晶界结构对应力腐蚀具有很大的影响。
晶界是金属晶粒之间的边界，往往是应力腐蚀的起始点。
其次，外部应力会对金属或合金的晶粒和晶界产生应力集中效应，从而导致晶界的腐蚀敏感性增加。
最后，腐蚀介质可以促进晶界处的金属离子迁移，从而加速腐蚀反应，并诱导裂纹的形成和扩展。
在实际应用中，应力腐蚀致脆往往给工程设计、生产和运行带来严重的安全隐患。
例如，在核电站中，应力腐蚀致脆可能导致重要结构元件的失效，威胁到核安全；在航空航天领域，它可能导致飞行器的部件断裂，危及乘客的生命安全。
因此，对于应力腐蚀致脆的预防和控制具有重要的理论和实践价值。
为了防止应力腐蚀致脆的发生，可以采取多种方法。
首先是合金的选材。
选择具有良好抗腐蚀和抗应力腐蚀性能的合金是有效预防应力腐蚀致脆的基础。
其次是改善材料的热处理和加工工艺，以提高合金的组织和性能。
合理的热处理过程和加工方法有助于减轻应力集中和晶界腐蚀敏感性。
此外，采用外加保护层、阴极保护和涂层等技术手段也可以降低合金的腐蚀速率和应力腐蚀敏感性。
此外，在工程实践中，还应注意合金的应力控制和腐蚀环境的控制。
对于高应力集中的部位，可以通过合理设计和合适的安装方法来减轻应力集中现象。
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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。
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。
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
4）应力腐蚀裂纹扩展过程中常常出现分叉。