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1、金属在拉应力和特定的腐蚀环境共同作用下,发生的脆性断裂称为应力腐蚀开裂,即SCC,如发生在钢､不锈钢､镍基合金､铝､钛甚至金等材料上｡它是一种极为隐蔽的局部腐蚀形式,而且往往事先无明显预兆,因此常常造成灾难性的事故｡产生应力腐蚀的拉应力,可以是工作应力､残余应力或服役时的热应力等｡在工程中,往往只注意工作应力,而忽视了残余应力｡在金属应力腐蚀破坏事故中,残余应力往往起重要作用,因此研究残余应力对金属腐蚀开裂的影响具有重要意义｡一､应力腐蚀开裂的特征应力腐蚀只有在特定条件下才会发生｡产生腐蚀开裂的基本特征如下:1)一定要在拉应力的作用下才发生｡在压
2、应力下不会发生应力腐蚀｡当有多向应力存在时,其最大主应力为拉应力时,即会发生应力腐蚀｡2)大多数体系中,存在临界应力值｡当应力低于某一值时,不会发生应力腐蚀,一旦超过该值,即可发生应力腐蚀｡一般除不锈钢外,金属均存在临界应力值｡3)应力腐蚀主要发生在合金中,纯金属一般不会发生｡但并不存在绝对的纯金属,有时也会有极少的不纯物产生断裂的敏感性,因而也不容忽视其应力腐蚀｡合金具有裂纹敏感性是因为合金成分中的微小偏析引起微裂纹而致,特别是晶界裂纹几乎全部是组织的晶界偏析而引起的｡4)只有在特定的腐蚀介质中才会发生应力腐蚀｡由于材料成分和组织的不同,对开裂
3、的敏感性也不同｡例如低碳钢在硝酸盐中的“硝脆”,奥氏体不锈钢在氯离子溶液中的“氯脆”,锅炉钢在碱溶液中的“碱脆”,黄铜在带有氨气中的“氨脆”｡5)SCC断裂形态属于脆断｡因此,要产生腐蚀开裂,必须具备以下几个条件:拉应力､特定的介质和对腐蚀敏感的金属｡其中拉应力和腐蚀共存是应力腐蚀开裂的必要条件｡受力结构中局部的高拉应力往往是开裂的起源,当材料处于拉应力的作用下,同时又处于与腐蚀性介质相接触的状态时,在这种条件下,往往材料经过一定时间使用后,就发生裂纹,并扩展到整个断面而破坏｡根据大量SCC破坏事故中拉应力的主要来源统计资料表明,残余应力占主要地
4、位｡综上所述,对于材料来说,如何检测腐蚀开裂,杜绝腐蚀的破坏,就必须对材料进行应力腐蚀方面的检测,这样的设备必须具备:慢拉伸,腐蚀介质两个特点｡如果还要更进一步知道这种材料在腐蚀介质下的寿命,那么设备就要具备腐蚀疲劳试验的功能了｡二､残余应力的产生在没有外力加载的条件下,其内部仍存有的应力称为残余应力｡这种或大或小､或拉或压的残余应力虽然只产生在很薄的表面层中,但却影响零件的强度､硬度､疲劳强度､抗腐蚀性等,从而进一步影响机械产品的使用寿命｡残余应力产生的实质是由于金属内部组织发生了不均匀的体积变化,主要有以下三种原因:1)毛坯制造中产生的残余应
5、力在铸､锻､焊接以及热处理等热加工过程中,由于工件各部分厚度不均,冷却速度和收缩程度不一致,以及金相组织转变时的体积变化等,都会使毛坯内部产生残余应力｡而且毛坯结构越复杂､壁厚越不均,散热的条件差别越大,毛坯内部产生的残余应力也越大｡2)冷校直带来的残余应力某些刚度低的零件,如细长轴､丝杠和曲轴等,由于机械加工后满足不了轴线的直线度要求,常进行冷校直｡校直的方法是在弯曲的反方向加外力,其原理是使工件产生与原弯曲方向相反的残留变形,来补偿原有弯曲误差｡在冷校直过程中,会因其局部的塑性变形而产生残余应力｡3)切削加工产生的残余应力机械加工时,残余应力
6、是由于已加工表面受切削力和切削热的作用发生塑性变形和金相组织的变化影响所致｡已加工表面的塑性变形,一是在表面层受热膨胀的状态下发生,当切削过后,表层温度下降比里层快,收缩变形也比较大,受到基体金属的阻碍,工件表面产生残余拉应力;二是刀具对已加工表面的挤压,使表层金属发生伸长塑性变形,但受到基体金属的阻碍,工件表层产生残余压应力｡另外,切削时产生的高温会引起表面层金相组织变化｡不同的金相组织密度不同,因此表层体积也将发生变化｡其中,马氏体密度为7.75g/cm3,奥氏体密度为7.968g/cm3,珠光体密体为7.78g/cm3},铁素体密体为7.8
7、8g/cm3.若表层体积膨胀,由于受到基体的限制,会产生残余应力,反之则产生残余拉应力｡在磨削淬火钢时,若表层产生回火烧伤,则马氏体转变为接近珠光体的索氏体或屈氏体,体积缩小,故产生残余拉应力;若表面温度超过AG且冷却充分,则表层又将成为二次淬火马氏体,密体减小､体积膨胀,因而表层产生残余压应力,里层产生残余拉应力｡实际上,切削加工中切削热不高,表面易产生残余压应力;磨削加工时温度较高,表面易产生残余拉应力｡综上所述,零件经机械制造后,残余应力是以上三方面综合作用的结果｡进行分析时,应视其具体情况而定｡由于铸造､焊接､冷加工等工艺引起的残余应力在
8、工程结构中大量存在,有关残余应力对腐蚀开裂的影响已开始引起人们的重视｡三､残余应力对腐蚀开裂的影响在零件使用过程中,工作应力与其内部的残
