影响腐蚀的结构因素

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1、第五节影响腐蚀的结构因素一、力学因素（一）应力腐蚀破裂（SCC）：简称应力腐蚀在拉应力和腐蚀性介质联合作用下，以显著速率发生和扩展的一种开裂破坏1.应力腐蚀产生条件应力腐蚀是:应力与腐蚀介质综合作用的结果。⑴应力的性质必须是拉应力,而压应力的存在不仅不会引起SCC,甚之可以使之延缓。拉应力的来源：①工作应力；②制造加工过程的应力;譬如剪、冲、切削等冷加工;锻造、焊接、热处理;以及装配过程;都会产生残余应力。残余应力造成的SCC事故,远高于工作应力所占的比例,其中尤以焊接应力为最。※有效应力（指工作应力与残余应力之和）如果有效应力＜某一应力水平,就不会发生SCC。如图.应力腐蚀特点：①应力值越大

2、,到达破裂的时间越短。②SCC往往是在结构尺寸变化不大,亦即均匀腐蚀甚微的情况下发生的。③属脆性断裂（即使材料塑性很好）。⑵环境因素　　产生SCC的另一重要条件是(包括腐蚀介质性质、浓度、温度)发生腐蚀时：材料与其对应的环境条件是特定的；即只有材料和环境，满足特定组合时，才能发生这类腐蚀破坏。最早发现的这种特定组合为数不多,例如:“黄铜－氨溶液”、“奥氏体不锈钢－含Cl－溶液"、"碳钢－OH－溶液等；2.应力腐蚀机理目前要提出一个统一的理论尚有困难。解释SCC机理的学说很多,如电化学阳极溶解理论、氢脆理论、膜破裂理论以及应力吸附破裂理论等等。下面仅对电化学阳极溶解理论作扼要介绍。①认为合金中,

3、存在一条阳极溶解的“活性途径”；腐蚀沿这些途径优先进行,阳极侵蚀处就形成狭小的裂纹或蚀坑。②小阳极的裂纹内部与大阴极的金属表面构成腐蚀电池：大阴极→耗氧反应腐蚀产物→碱性金属氧化物；③裂纹中形成闭塞电池：④裂纹尺寸很小,内部的溶液不易与外部发生对流交换,溶液将不断浓缩,浓缩的电解质溶液水解而被酸化（生成HCI）：⑤促使裂纹尖端的阳极快速溶解；⑥在应力作用下,使裂纹不断扩展,直至破裂。活性途径：主要是：晶粒边界，塑性变形引起的滑移带以及由于应变引起表面膜的局部破裂等处。当有较大应力集中时,会使这些活性途径处进一步产生变形,形成新的活性阳极。5.防止或减轻应力腐蚀的途径影响SCC的因素有：环境、应

4、力和冶金三个方面。冶金方面：选择和发展材料；环境方面：除了个别情况外,尚有许多困难。应力方面：消除或降低应力值（是有效而广泛应用的方法）。※应力方面的具体方法：应力方面采用的具体方法：降低设计应力，使最大有效应力或应力强度降低到临界值以下：设计原则:根据断裂力学观点，进行应力和结构设计。常规设计方法——是采用名义抗拉强度或屈服强度进行设计，未考虑材料中的缺陷。实际所有工程材料，必然存在各种缺陷：原有裂纹、以及环境影响造成的新裂纹。断裂力学观点①无腐蚀时，即在空气环境条件下,如果满足以下条件,则构件是安全的。K1＜K1c；K1=Y·σ·(π·a)1/2应力强度因子该结构应力强度因子临界值；可以通

5、过实验测定。与裂纹垂直的均匀拉应力裂纹深度构件形状修正系数①当无缺陷时，临界应力σc=σs;②当有缺陷时，临界应力σc<σs;且随着缺陷深度的增加,σc相应的减小；③对于一定大小的缺陷a,有对应的σc和K1c，当应力σ=σc时，即K1=K1c，构件会立即脆性破坏.④对于一定大小的缺陷a，当应力σ<σc时，即K1

6、在一个应力腐蚀强度因子临界值K1.SCC如图设计满足条件：K1＜K1.SCC一般Kl.scc≈（1／2～1／5）Klc，随材料强度提高，比值下降。分析（如图）：①分为三个区：脆性断裂区；应力腐蚀破坏区；不发生应力腐蚀破坏区。②应力腐蚀断裂区：随着腐蚀的进行，裂纹会扩展，使KI达到应力强度因子临界值KIC；发生脆性断裂。比纯力学断裂慢得多（低10个数量级）但远大于——无应力的局部腐蚀破坏。（如钢在海水中应力腐蚀破坏是孔蚀速度的106倍）；③KI在不发生应力腐蚀破坏区（不在scc区及以上区）。即便经过足够长的时间，在腐蚀介质中裂纹都不会扩展到使KI达到应力腐蚀强度因子临界值KISCC，即KI达不到

7、应力强度因子临界值KIC；(2)合理设计与加工，减少局部应力集中。焊接结构设计时：应尽可能降低最大有效应力。削薄等厚对焊：开应力释放环：避免交叉焊缝：(3)采用合理的热处理方法消除残余应力例如：采用退火处理消除内应力。钢铁在500～600℃，处理0.5～1h,然后缓慢冷却。(4)合理选材，加缓蚀剂，阳极保护等。例如：接触海水的换热器,用普通碳钢比用不锈钢更耐蚀（有CI－离子）：采用含高Ni量的奥氏