应力腐蚀,也就是应力腐蚀裂纹,材料在拉应力(包括外部机械力、热影响应力、冷加工、热加工、焊接等所引起的残余应力,以及裂缝锈蚀产物的楔入应力等)和特定的腐蚀介质共同影响下,出现的低于强度极限的脆性开裂现象,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开裂。采用振动时效可有效降低和延缓应力腐蚀造成的损害。
应力腐蚀开裂是先在金属的腐蚀敏感部位形成微小凹坑,产生细长的裂缝,且裂缝扩展很快,能在短时间内发生严重的破坏。它常出现于锅炉用钢、黄铜、高强度铝合金和不锈钢中,凝汽器管、矿山用钢索、飞机紧急刹车用高压气瓶内壁等所产生的应力腐蚀也很显著。在石油、化工腐蚀失效类型中所占比例最高,可达50%。
应力腐蚀的产生有两个基本条件:一是材料对介质具有一定的应力腐蚀开裂敏感性;二是存在足够高的拉应力。导致应力腐蚀开裂的应力可以来自工作应力,也可以来自制造过程中产生的残余应力。据统计,在应力腐蚀开裂事故中,由残余应力所引起的占80%以上,而由工作应力引起的则不足20%。 应力腐蚀过程一般可分为三个阶段。
第一阶段为孕育期,在这一阶段内,因腐蚀过程局部化和拉应力作用的结果,使裂纹生核;
第二阶段为腐蚀裂纹发展时期,当裂纹生核后,在腐蚀介质和金属中拉应力的共同作用下,裂纹扩展;
第三阶段中,由于拉应力的局部集中,裂纹急剧生长导致零件的破坏。 在发生应力腐蚀破裂时,并不发生明显的均匀腐蚀,甚至腐蚀产物极少,有时肉眼也难以发现,因此,应力腐蚀是一种非常危险的破坏。
一般来说,介质中氯化物浓度的增加,会缩短应力腐蚀开裂所需的时间。不同氯化物的腐蚀作用是按Mg2+、Fe3+、Ca2+、Na1+、Li1+等离子的顺序递减的。发生应力腐蚀的温度一般在50℃~300℃之间。 防止应力腐蚀应从减少腐蚀和消除拉应力两方面来采取措施。 主要是: 一要尽量避免使用对应力腐蚀敏感的材料; 二在设计设备结构时要力求合理,尽量减少应力集中和积存腐蚀介质; 三在加工制造设备时,要注意消除残余应力。一般采取的措施包括热时效和振动时效。通过振动时效前后焊接试件的应力腐蚀实验可以得出非常鲜明的振动时效能提高焊件抗应力腐蚀的结论。采用振动时效后焊缝区的腐蚀电流和腐蚀速度比振动时效前的降低了36.53%,热影响区降低了56.20%。以振动时效机理和应力腐蚀机理中阳极溶解理论为基础,解释了振动时效提高焊件抗应力腐蚀的本质。
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