應(yīng)力腐蝕開裂(SCC斷裂)事先沒有明顯的征兆,往往造成災(zāi)難性的后果。常見的SCC有:鍋爐鋼在熱堿溶液中的“堿脆”、低碳鋼在硝酸鹽中的“硝脆”、奧氏體不銹鋼在氯化物溶液中的“氯脆”和銅合金在氨水溶液中的“氨脆”等。
總體概況
應(yīng)力腐蝕開裂(Stress Corrosion Cracking—SCC)是指受拉伸應(yīng)力作用的金屬材料在某些特定的介質(zhì)中,由于腐蝕介質(zhì)和應(yīng)力的協(xié)同作用而產(chǎn)生滯后開裂,或滯后斷裂的現(xiàn)象。通常,在某種特定的腐蝕介質(zhì)中,材料在不受應(yīng)力時腐蝕速度很小,而受到一定的拉伸應(yīng)力(可遠(yuǎn)低于材料的屈服強(qiáng)度)下,經(jīng)過一段時間后,即使是延展性很好的金屬也會發(fā)生低應(yīng)力脆性斷裂。
恒變形試驗
恒變形法是使試樣發(fā)生一定的變形,對它在試驗環(huán)境中的SCC敏感性進(jìn)行評定的方法。這種方法所使用的試樣形狀和手段很多,常用的有U形、C形環(huán)、彎梁試樣等,一般利用卡具或螺栓固定試樣的變形以加載應(yīng)力。這種方法的優(yōu)點是簡便、經(jīng)濟(jì)、試樣緊湊,適合于在有限空間的容器內(nèi)進(jìn)行長時間的成批試驗。這類試樣通過塑性變形至預(yù)定形態(tài),應(yīng)力來自加工變形產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。應(yīng)力大小隨材料的力學(xué)性能、成形及加工硬化性能等而異。在這類試驗中有許多是定性的,應(yīng)力不能測知,一般應(yīng)力大于材料的屈服強(qiáng)度。因為生產(chǎn)中設(shè)備的殘余應(yīng)力也常達(dá)到或超過屈服強(qiáng)度,所以這類試樣最符合實際情況,適合于工程選材試驗。另有幾類固定應(yīng)變試樣可以預(yù)先確定應(yīng)力大小,通常在彈性應(yīng)力范圍內(nèi),也有些達(dá)到塑性范圍。恒變形試驗方法根據(jù)不同的樣品又可分為彎梁法、C形環(huán)法、音叉試驗法、U形彎曲法和CBB法。
恒載荷試驗
利用砝碼、力矩、彈簧等給試樣加上一定的載荷而達(dá)到加載的目的,這種加載方法稱為載荷法。這種加載應(yīng)力的方式往往被用來模擬工程構(gòu)件可能受到的工作應(yīng)力或外加應(yīng)力。可采用直接拉伸加載,也可對彎曲試樣加載實現(xiàn)恒載荷的應(yīng)力腐蝕試驗。恒載荷法雖然加載是恒定的,但試樣在暴露過程中由于腐蝕和產(chǎn)生裂紋其橫截面不斷減小,因此斷裂面上的有效應(yīng)力是不斷增加的。與恒變形試驗相比,必然導(dǎo)致試樣更快斷裂。所以,恒載荷試驗條件更為嚴(yán)苛,試樣壽命更短,SCC的臨界應(yīng)力更低。直接拉伸加載最簡單的方法是把試樣的一端固定,在另一端直接懸掛砝碼。對于大截面的高強(qiáng)度金屬材料,可以采用杠桿系統(tǒng)加載。實驗室試驗用的較多的是小截面試樣。與大截面試樣相比,對引發(fā)SCC具有更大的敏感性、可以更快地獲得試驗結(jié)果、試驗操作比較方便的優(yōu)點。彎曲試樣加載又可分為三點加載、四點彎曲加載和懸臂梁加載三種。
慢應(yīng)變速率試驗
慢應(yīng)變速率試驗( SSRT) ,是在一定環(huán)境中將拉伸試件放入特制的慢應(yīng)變速率試驗機(jī)中, 以恒定不變的相當(dāng)緩慢的應(yīng)變速度通過試驗機(jī)十字頭位移而把載荷施加到試件 以強(qiáng)化應(yīng)變狀態(tài)來加速 SCC過程的發(fā)生和發(fā)展。由于試驗處于環(huán)境室中, 可在慢拉伸過程中同時研究其它因素如溫度、 電極電位和溶液 p H值等對應(yīng)力腐蝕過程的影響。該試驗可采用無裂紋試樣或缺口試樣,將試樣在特定的腐蝕介質(zhì)和惰性介質(zhì)中緩慢拉斷后,就可以根據(jù)延伸率等參數(shù)的不同和斷口形貌及二次裂紋的特征來評定特定材料—介質(zhì)體系對應(yīng)力腐蝕破裂的敏感性。與前兩種方法相比,慢應(yīng)變速率法具有較大的優(yōu)越性。首先, 慢應(yīng)變速率法對應(yīng)力腐蝕開裂有較高的靈敏性。其次,用慢應(yīng)變速率法可以得到很多有用的信息,可定量地判斷應(yīng)力腐蝕破裂敏感性的大小。慢應(yīng)變速率法的缺點是設(shè)備復(fù)雜,確定應(yīng)變速率值的影響因素很多, 對材料過分苛刻。此外慢應(yīng)變速率法不能提供更多的信息,在比較腐蝕環(huán)境和空氣中的拉伸曲線時,不容易比較裂紋的潛伏期和擴(kuò)展期,很難估計裂紋擴(kuò)展速度。
斷裂力學(xué)試驗
斷裂力學(xué)試驗方法采用帶有預(yù)制裂紋的試樣,通常是在光滑試樣上用機(jī)械方法加工一個切口,然后用疲勞載荷在切口根部產(chǎn)生裂紋,也可用機(jī)械突入法等方法產(chǎn)生裂紋。然后對試樣加一定載荷并置入環(huán)境中進(jìn)行試驗。采用預(yù)制裂紋試樣,把線彈性斷裂力學(xué)應(yīng)用于應(yīng)力腐蝕試驗,可以確定金屬材料在特定介質(zhì)中的臨界應(yīng)力場強(qiáng)度因子KISCC和裂紋擴(kuò)展速率da/dt,確定構(gòu)件中可允許的最大缺陷尺寸及構(gòu)件的壽命。斷裂力學(xué)方法的優(yōu)點是,試驗簡單、試驗周期較短;通過KI可以準(zhǔn)確地確定裂紋尖端的應(yīng)力狀態(tài);不同形狀試樣的試驗結(jié)果具有可比性;試驗結(jié)果的重現(xiàn)性較好;可在工程設(shè)計上用于安全評定和壽命評估。斷裂力學(xué)所用的預(yù)制裂紋試樣提供了有利于裂紋發(fā)展所必須的介質(zhì)電化學(xué)條件,從而縮短了孕育期。
根據(jù)環(huán)境介質(zhì)的不同又可分為3.5%NaCl溶液試驗、沸騰MgCl3 溶液試驗、連多硫酸溶液試驗、熱鹽法、Mattsson溶液試驗等。3.5%NaCl溶液間浸試驗主要用于試驗鋁合金和鐵基合金SCC敏感性,是一種加速試驗方法。可用于選材、質(zhì)量控制檢驗和發(fā)展新合金等。沸騰氯化鎂溶液試驗是一種檢測不銹鋼及有關(guān)合金的SCC敏感性的標(biāo)準(zhǔn)試驗。連多硫酸溶液試驗用于測定不銹鋼或其他有關(guān)材料(Ni-Cr-Fe)在連多硫酸溶液中對延晶SCC的相對敏感性。熱鹽環(huán)境試驗是一種檢測鈦合金氫脆和SCC敏感性的試驗方法。熱鹽試驗首先用噴涂的方法在加載應(yīng)力的試樣表面覆蓋一層NaCl鹽膜,然后將涂鹽試樣暴露于高溫下。通常是根據(jù)合金的力學(xué)性能和預(yù)計的使用條件來確定暴露溫度和應(yīng)力水平,而暴露時間隨合金、應(yīng)力、溫度和選擇的破壞判據(jù)而定。pH=7.2的Mattson溶液是評定Cu-Zn合金對SCC敏感性的一種標(biāo)準(zhǔn)試驗溶液。
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標(biāo)簽: 應(yīng)力腐蝕, 材料腐蝕平臺, 腐蝕評價, 恒載荷, 慢應(yīng)變速率, 恒變形

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