金屬材料作為一種人類賴以生存和發(fā)展的物質基礎，它的腐蝕每年都給人類社會帶來了巨大的財產(chǎn)損失，也造成了大量的腐蝕失效事故。腐蝕失效有多種形式，據(jù)相關統(tǒng)計，應力腐蝕引起的金屬材料失效所占比例是最大的。

應力腐蝕開裂是一種“災難性的腐蝕”，跟應力腐蝕有關的橋梁坍塌，飛機失事，油罐爆炸，管道泄漏等都曾給人類帶來巨大的生命和財產(chǎn)損失。

應力腐蝕

金屬材料在各種環(huán)境中服役時，即使無載荷也會發(fā)生腐蝕，導致失重，當存在應力時，在特定環(huán)境中的腐蝕會引起裂紋形核擴展，導致滯后開裂，稱為應力腐蝕。

應力腐蝕開裂(SCC)與單純應力引起的開裂不同，它在很低的負載應力下也可以發(fā)生開裂;它與單純的腐蝕也不同，即使腐蝕性很弱的介質也能引起應力腐蝕開裂。

應力腐蝕開裂是一種“陰險”的腐蝕形式，它會產(chǎn)生顯著的機械強度降低，但金屬損失量很小。損壞不明顯以至于偶然檢查很難發(fā)現(xiàn)，應力腐蝕裂紋可以觸發(fā)機械快速斷裂甚至組件和結構的災難性失效。

在應力腐蝕過程中，若有微裂紋形成，其擴展速度比其他類型的局部腐蝕速度要快幾個數(shù)量級。

應力腐蝕發(fā)生的條件

應力腐蝕開裂的發(fā)生需要同時滿足三個必要條件：

a) 敏感材料。俗話說，蒼蠅不叮無縫的雞蛋，要生發(fā)生應力腐蝕開裂，首先得是具備敏感性的材料。材料具有敏感性給我們的提示是，在一些可能發(fā)生應力腐蝕開裂的工況環(huán)境，選材要慎重。如304等奧氏體不銹鋼在含有氯的環(huán)境服役，應力腐蝕開裂是尤其應該注意的問題。奧氏體不銹鋼是面心立方金屬，面心立方金屬尤其容易發(fā)生應力腐蝕開裂，這是晶體結構決定的。

b) 容易引起應力腐蝕開裂的環(huán)境。即使材料敏感，沒有導致應力腐蝕開裂的介質也是不會發(fā)生應力腐蝕開裂的，它好比硬幣的A/B面。環(huán)境介質也是應力腐蝕開裂的重要條件。

c) 足夠的拉應力。通常認為靜態(tài)拉應力是導致應力腐蝕開裂的必要條件。有人會問，那要是交變載荷呢?我認為可能要歸于腐蝕疲勞了。為什么說發(fā)生應力腐蝕開裂需要足夠的靜態(tài)拉應力呢?因為它需要滿足腐蝕狀態(tài)下的臨界應力強度因子KISCC。

我們一起來看看，其開裂過程

應力腐蝕裂紋特征

裂紋形態(tài)主要包括以下幾個方面：

1、裂紋通常起源于金屬表面。裂紋走向呈“樹枝狀”，樹干為主裂紋，沿收斂方向指向裂紋源

2、裂紋擴展可能是穿晶的、也可能是沿晶的、還可能是混合型的;斷口表面常有腐蝕產(chǎn)物

3、穿晶擴展斷口多半呈解理、準解理，有時混有沿晶或韌窩

4、沿晶擴展斷口呈冰糖狀，有時也混有少量準解理或沿晶、韌窩

不同合金腐蝕介質表

案例展示

下面我們來看一個實際案例：

某氣體機進行缸蓋密封性水壓試驗時，出現(xiàn)漏水問題，拆檢后發(fā)現(xiàn)火花塞襯套開裂。襯套材料是鑄造黃銅ZCuZn38(H62)，為工業(yè)上廣泛使用的有色金屬合金。工藝流程是：鑄造銅棒→熱壓力加工→機械加工→裝試。

仔細觀察襯套，發(fā)現(xiàn)表面有兩條裂紋，從襯套臺肩沿軸向向下延伸，裂紋較平直，近乎平行，向臺肩內(nèi)側延伸并逐漸變窄。

隨后利用金相顯微鏡進行金相檢驗，可見斷口顯示為脆性斷裂。沿軸向研磨、拋光、腐蝕，觀察裂紋及金相組織情況，裂紋呈不規(guī)則連續(xù)狀，有分叉、尾部較尖銳呈樹枝狀，與應力腐蝕裂紋的典型特征相吻合。

之后進行應力檢測。經(jīng)測，襯套臺肩上方外壁與倒角外壁處和細頸內(nèi)表面的拉應力較大，與實際裂紋起源位置一致。結合襯套的工作環(huán)境，該襯套在機械加工過程中，與刀具頻繁接觸、受力，尺寸發(fā)生變化，必然產(chǎn)生一定數(shù)量的殘余應力;數(shù)控機床精加工使用的切削液含有S、鹵族元素等添加劑，使得襯套在一定時間內(nèi)處在潮濕、腐蝕環(huán)境中。由此可推測出結論：襯套裂紋機制為應力腐蝕沿晶脆性開裂。

應力腐蝕預防措施

最后，說一說應力腐蝕的預防措施。一般情況，可以從三方面進行預防：

①選材：根據(jù)所使用的環(huán)境和腐蝕介質選擇合適的材料。

②消除應力：改進結構設計，減小應力集中和避免腐蝕介質的積存，盡量避免產(chǎn)生較大的殘余應力。

③改善介質環(huán)境：控制或降低介質中有害的成分;在腐蝕介質中加入緩蝕劑;通過改變電位、促進成膜、阻止氫或有害物質的吸附等，影響電化學反應動力學而起到緩蝕作用;改變環(huán)境的敏感性。

審核編輯：劉清