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；
Incoloy 600合金的破裂电位处在区域3。
（5）发生应力腐蚀破裂的主要是合金，纯金属不发生，即使合金元素非常 微量也能引起开裂。
如wFe99.9%中，当有wC0.04%时，在硝酸中就能引起破裂。wCu99.9%中含有 wP0.04%时，在含氨介质中就发生破裂。
0.2%）,碳酸盐和重碳酸盐溶液，湿的CO-CO2-空气，海洋大气，工业大气，浓硝酸，硝酸和硫酸 混合物 蒸馏水，湿大气，H2S，ClCl-，海水，二氯乙烷，湿的氯化镁绝缘物，F-,Br-, NaOH- H2S水溶液，NaCl-H2O2水溶液，连多硫酸 （H2SO4，n=2～5）,高温高压含氧高纯水，H2S，含氯化物的冷凝水气 NH3气及溶液 浓NH4OH溶液，空气 胺 含NH3湿大气 NH4OH，FeCl3，HNO3溶液
一、应力腐蚀破裂特征
（1）产生应力腐蚀破裂必须同时具备下列三项条件：特定的合金成分结构， 足够大的拉应力以及特定的腐蚀介质。即对于某一特定材料而言，不存在应 力时，单纯的腐蚀作用不会产生这类腐蚀，单纯的应力作用也不会产生这环境中产生应力腐蚀破裂，其中起主要 作用的是阴离子、络合离子。
➢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
无膜的局部地区溶解，产生“隧洞”
阳极溶解过程产生阳极极化 在蚀坑周边重新生成钝化膜
应力作用下位错再次开动表面钝化 膜，形成无膜区
应力腐蚀断裂
三、应力腐蚀破裂的影响因素
1.应力因素 发生应力腐蚀的应力主要来自材料的加工和使用过程。 应力大致可分为四类： 工作应力，设备和部件在工作条件下所承受的外加载荷。
例：奥氏体不锈钢在氯化物溶液中，碳钢和低合金钢在wMgCl42%溶液中，铜 合金在含氨的蒸汽中都可能产生破裂。
（3）只有拉应力能引起应力腐蚀破裂，拉应力越大，断裂时间越短。压应 力不发生应力腐蚀。宏观上破裂方向与拉应力垂直，拉应力包括工作应力、 残余应力以及腐蚀产物的楔入应力等。
合金 低碳钢 低合金钢
晶间型裂纹
不锈钢应力腐蚀裂纹形貌
不锈钢应力腐蚀裂纹形貌
穿晶型裂纹
二、应力腐蚀破裂的机理
➢电化学快速溶解理论 金属表面形成不连续 的薄弱点的保护膜
薄弱点是活性点
在应力作用下被破坏，暴露出新鲜表面
阳极电流密度很大 形成电池：阳极（新鲜表
被腐蚀成沟状裂纹
面）阴极（完整表面膜）
应
力
裂纹继续发展、传播
最终金属发生破裂
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
（6）应力腐蚀破裂通常有一个或长或短的潜伏期 ，可能在很短的时期内， 也可能在几年或更长时间内发生脆断，故也称为滞后断裂，破裂过程一般分 三个阶段：
第一阶段为裂纹的孕育期
第二阶段为裂纹扩展期
第三阶段为裂纹失稳的纯力学的扩展期
（7）应力腐蚀破裂断口呈现脆性断裂形貌。裂缝形态有：晶间型、穿晶型和 混合型。穿晶型指裂纹穿越晶粒而延伸；晶间型裂纹沿晶界而延伸；混合型裂 纹既有穿越晶粒又有沿晶界而发展的。不论表面形式如何，裂纹的共同特点是 主干裂纹延伸的同时，还有若干分支同时扩展。
第七章 应力作用下的腐蚀
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。
高强度钢 奥氏体不锈钢
铜合金： Cu-Zn, Cu-Zn-Sn Cu-Zn-Ni, Cu-Sn Cu-Sn-P, Cu-Zn Cu-P, Cu-As Cu-Sb, Cu-Au
常用合金易产生应力腐蚀破裂的环境
环境 NaOH水溶液，NaOH NO3-水溶液，HCN水溶液，H2S水溶液，Na2PO4水溶液，醋酸水溶液，NH4CNS水溶液，氨（wH2O<