应力腐蚀的原理?
应力腐蚀是指在拉应力作用下,金属在腐蚀介质中引起的破坏。这种腐蚀一般均穿过晶粒,即所谓穿晶腐蚀。应力腐蚀由残余或外加应力导致的应变和腐蚀联合作用产生的材料破坏过程。应力腐蚀导致材料的断裂称为应力腐蚀断裂。
应力腐蚀一般认为有阳极溶解和氢致开裂两种。常见应力腐蚀的机理是:零件或构件在应力和腐蚀介质作用下,表面的氧化膜被腐蚀而受到破坏,破坏的表面和未破坏的表面分别形成阳极和阴极,阳极处的金属成为离子而被溶解,产生电流流向阴极。由于阳极面积比阴极的小得多,阳极的电流密度很大,进一步腐蚀已破坏的表面。加上拉应力的作用,破坏处逐渐形成裂纹,裂纹随时间逐渐扩展直到断裂。这种裂纹不仅可以沿着金属晶粒边界发展,而且还能穿过晶粒发展。
延伸阅读
应力腐蚀的三个条件?
引起应力腐蚀开裂须具备三个条件为
1、敏感的金属材料;
2、足够大的拉伸应力;
3、特定的腐蚀介质。
应力腐蚀开裂具有脆性断口形貌,但它也可能发生于韧性高的材料中。发生应力腐蚀开裂的必要条件是要有拉应力(不论是残余应力还是外加应力,或者两者兼而有之)和特定的腐蚀介质存在。裂纹的形成和扩展大致与拉应力方向垂直。这个导致应力腐蚀开裂的应力值,要比没有腐蚀介质存在时材料断裂所需要的应力值小得多。
为什么说压力容器最严重的危险是应力腐蚀?
应力腐蚀是指零件在拉应力和特定的化学介质联合作用下所产生的低应力脆性断裂现象。
应力腐蚀由残余或外加应力导致的应变和腐蚀联合作用产生的材料破坏过程。
应力腐蚀导致材料的断裂称为应力腐蚀断裂。
它的发生一般有以下四个特征:一、一般存在拉应力,但实验发现压应力有时也会产生应力腐蚀。
二、对于裂纹扩展速率,应力腐蚀存在临界KISCC,即临界应力强度因子要大于KISCC,裂纹才会扩展。
三、一般应力腐蚀都属于脆性断裂。
四、应力腐蚀的裂纹扩展速率一般为10- 6~10-3 mm/min,而且存在孕育期,扩展区和瞬断区。
从上面可以看出:应力腐蚀的特点:1、腐蚀伴随着裂纹产生 2、裂纹是所有缺陷中最危险的缺陷,各种无损检测标准中对于裂纹的处理是非常严格的 3、应力腐蚀断裂,常在无明显预兆的情况下突然发生,故其危害性极大。
什么叫应力腐蚀开裂?
应力腐蚀是指金属或合金在腐蚀介质和拉应力的协同作用下引起金属或合金的破裂现象。
应力腐蚀的特征是形成腐蚀——机械裂纹,阴极保护这种裂纹不仅可以沿着晶间发展,而且也可以穿过晶粒。由于裂纹向金属内部发展,使金属或合金结构的强度大大降低,严重时能使金属设备突然损坏。镁合金牺牲阳极如果该设备是在高压条件下工作,将引起严重的爆炸事故。微裂纹一旦形成,其扩展速度很快,且在破坏前段有明显的预兆,所以,应力腐蚀是所有腐蚀类型中破坏性和危害性最大的一种。
工程上常用的材料,测试桩如不锈钢、铜台金、碳钢和低合金高强度钢等,在特定介质中都可能产生应力腐蚀,依据腐蚀条件,可使材料结构在几分钟或几年内破坏。常见的应力腐蚀的例子有:蒸气锅炉钢的“碱脆”,黄铜的“季裂”,高强度铝合金的晶间腐蚀破裂,不锈钢的应力腐蚀开裂等。
关于应力腐蚀如何产生,由于因素较为复杂,目前还无统一的见解。
研究金属发生应力腐蚀时发现,当向腐蚀体系施加阳极电流时,裂纹加速扩展;施加阴极电流时,裂纹扩展受到抑制甚至停止扩展。这种现象表明,引起应力腐蚀的原因与电化学过程密切相关。因此,可以把应力腐蚀破裂看作电化学腐蚀和应力的机械破坏互相促进的结果。应力腐蚀过程一般可分为三个阶段。第一阶段为孕育期,因腐蚀过程的局部化和拉应力的结果,使裂纹生核;第二阶段为腐蚀裂纹发展期,裂纹扩展;在第三阶段中,由于拉应力的局部集中,裂纹急剧生长导致材料的破坏。金属和合金表面的缺陷部位或薄弱点由于电位比其它部位低,成为活性点,为应力腐蚀提供了裂纹核心。镁合金牺牲阳极如果材料表面已经有划痕、小孔或缝隙存在,它们就是现成的裂纹核心。
微观裂纹形成后,铝热焊剂裂纹尖端的应力集中,高的集中应力使裂纹尖端及附近区域屈服变形,微观滑移再次破坏尖端表面膜,使尖端叉一次加速溶解。这些步骧连续交替进行,裂纹便不断向深处扩展。这就是裂纹的扩展阶段。
随着裂纹扩展阶段的进行,拉应力逐渐增大,应力集中愈大,导致裂纹的迅速扩展,最后导致了材料的破坏。