应力腐蚀电化学方法.ppt

第七章 应力作用下的腐蚀;;Chloride Stress Corrosion Cracking Photograph;;（4）只有拉应力能引起SCC。拉应力越大，断裂时间越短。应力腐蚀裂纹方向与应力方向垂直。 （5）SCC是典型低应力滞后断裂。三阶段：①裂纹孕育期（裂纹萌生阶段），占90%时间；②裂纹扩展期；③快速断裂期；整个断裂时间从几分钟到几年，与材料，环境和应力有关。 （6）应力腐蚀裂纹形态：晶间型（裂纹沿晶界扩展），穿晶型（裂纹穿越晶粒扩展）和混合型。 （7）应力腐蚀断裂的断口呈脆性断裂形貌，微观上无塑性形变痕迹。SCC破裂速度在0.001~0.3cm/h，远大于无应力单纯的腐蚀速度，但又小于单纯应力作用下的断裂速度，体现了腐蚀与力学协同交互作用。 ;7.1.2 应力腐蚀开裂的机理 Pakins汇总十几种应力腐蚀开裂机理，提出应力腐 蚀谱观点，把SCC机理该括为三大类： 预存在活化途径机理（沿晶界选择溶解机理）； 金属塑性变形产生的活化途径（膜破裂机理，滑移-溶 解-断裂机理） 有害离子或原子特性吸附机理（应力吸附机理，氢脆 机理） ;;导致应力腐蚀断裂的因素异常复杂，主要三种理论：阳极溶解机理，氢致开裂机理和阳极溶解和氢致开裂共同作用机理。 应力腐蚀开裂过程中，阳极极化裂纹加速，阴极极化，裂纹抑制，表明破坏过程与电化学过程密切相关。组织结构存在电化学不均匀性，存在缺陷性活性中心，成为裂纹源。 裂纹源在特定介质中（Cl-）和拉应力联合作用下，产生滑移阶梯拉破表面膜，暴露的新鲜金属成为小阳极被迅速腐蚀；蚀坑沿滑移线与拉应力垂直方向发展为微观裂纹。发展的孕育期。 裂纹尖端具有动力阳极作用：裂纹尖端应力高度集中，使尖端附近区域迅速变形屈服→导致滑移台阶再现→表面膜再次拉断破坏→尖端再次加速溶解，形成自加速过程，使裂纹纵深发展，直至材料断裂。 ;阳极溶解为主的机理：金属材料在静拉应力与腐蚀介质共同作用下，由于裂纹尖端区阳极溶解过程控制引起脆断（APC-SCC）。低碳钢，铝合金，和铜合金的SCC；奥氏体不锈钢，高锌黄铜。;;;7.1.3影响应力腐蚀开裂的因素 7.1.3.1应力因素 应力种类：工作应力（载荷）；残余应力（冷轧，机械加工）；???应力（焊接，热处理）；结构应力（装配）。拉应力作用在于使金属发生滑移和裂纹扩展，破坏腐蚀产物层，促进局部腐蚀。 7.3.1.2介质环境因素 （1）特殊离子极其浓度影响：只有特定的合金-环境体系中才能发生SCC ：黄铜+氨溶液；奥氏体不锈钢+氯离子溶液；碳钢+OH-离子溶液。 氧浓度，氯离子浓度影响。 （2）温度影响：高于临界温度才能发生SCC。 （3）溶液pH值：不同体系影响不同：不锈钢：6~7最敏感，pH值增加减缓SCC。 （4）界面电位状态：SCC只能在一定的电位范围才能够发生。 合金阳极极化曲线三个对SCC敏感的钝化膜不稳定过渡区：活化-阴极保护过渡区；活化-钝化过渡区；钝化-过钝化过渡区。 ;;7.3.1.3合金成分因素：合金成分的改变会影响结构，表面膜，化学和电化学性能。 奥氏体不锈钢：Ni含量=10%时对SCC最敏感；45%时不发生SCC； 含Ni10%的不锈钢：Cr含量5~12%无SCC；12~25%SCC敏感性增大；增加铁素体可以抑制SCC，开发耐SCC的双相钢。 18-8不锈钢：含0.12%C时，SCC最敏感；2%以上C具有免疫力；加入N，P，As，Sb，Bi增加SCC敏感性；加入Si，Co有利抗SCC； 钛合金：降低含氧量和Al含量，加入Nb，Ta，V有利于抗SCC； 铝合金：加入少量Cr，Mn，Zr，Ti，V，Ni能降低SCC敏感性； 黄铜：加入少量Fe，Sn，Mn，Si，Al，Cd，Pb增加SCC敏感性； 面心立方奥氏体不锈钢：在低应力下易产生应力腐蚀； 体心立方铁素体不锈钢：滑移系多，容易产生交错滑移，难以出现大滑移台阶，难以发生应力腐蚀。;7.1.4应力腐蚀开裂控制方法 7.1.4.1降低和消除应力：降低设计应力；避免局部应力集中；热处理退火消除残余应力；喷砂，锤击机械方法消除内应力 7.1.4.2控制环境：除去危害性大的介质成分（水中氧，氯离子） 7.1.4.3改善材质：介质和工作条件确定后，选材是控制SCC的重要步骤。 抗SCC材料—— 不锈钢：高镍奥氏体钢，高纯奥氏体钢，双相不锈钢，高纯高铬铁素体钢。 铝合金：包铝LD10，包铝的LY12，LF21，ZL101。 钛合金：Ti-10V-2Fe-3Al，Ti-2Al-4Mo-4Zr。 冶金减少材质中的杂质，提高纯度，采用合理的热处理制度，改善合金组织结构，有利于避免SCC。 ;7.2 氢损伤（Hydrogen Induced Corrosion） ;;Nomarski inte