腐蚀疲劳与应力腐蚀开裂的关系
金属疲劳应力腐蚀试验及宏观断口分析
金属疲劳、应力腐蚀试验及宏观断口分析在足够大的交变应力作用下，由于金属构件外形突变或表面刻痕或内部缺陷等部位，都可能因较大的应力集中引发微观裂纹。
分散的微观裂纹经过集结沟通将形成宏观裂纹。
已形成的宏观裂纹逐渐缓慢地扩展，构件横截面逐步削弱，当达到一定限度时，构件会突然断裂。
金属因交变应力引起的上述失效现象，称为金属的疲劳。
静载下塑性性能很好的材料，当承受交变应力时，往往在应力低于屈服极限没有明显塑性变形的情况下，突然断裂。
疲劳断口（见图1-1）明显地分为三个区域：裂纹源区、较为光滑的裂纹扩展区和较为粗糙的断裂区。
裂纹形成后，交变应力使裂纹的两侧时而张开时而闭合，相互挤压反复研磨，光滑区就是这样形成的。
载荷的间断和大小的变化，在光滑区留下多条裂纹前沿线。
至于粗糙的断裂区，则是最后突然断裂形成的。
统计数据表明，机械零件的失效，约有70%左右是疲劳引起的，而且造成的事故大多数是灾难性的。
因此，通过实验研究金属材料抗疲劳的性能是有实际意义的。
图1-1 疲劳宏观断口一﹑实验目的1.了解测定材料疲劳极限的方法。
2.掌握金属材料拉拉疲劳测试的方法。
3.观察疲劳失效现象和断口特征。
4.掌握慢应变速率拉伸试验的方法。
二、实验设备1.PLD-50KN-250NM 拉扭疲劳试验机。
2.游标卡尺。
3.试验材料S135钻杆钢。
4.PLT-10慢应变速率拉伸试验。
三﹑实验原理及方法在交变应力的应力循环中，最小应力和最大应力的比值为应力比：maxmin σσ=r （1-1） 称为循环特征或应力比。
在既定的r 下，若试样的最大应力为max 1σ，经历N 1次循环后，发生疲劳失效，则N 1称为最大应力r 为时的max 1σ疲劳寿命（简称寿命）。
实验表明，在同一循环特征下，最大应力越大，则寿命越短；随着最大应力的降低，寿命迅速增加。
表示最大应力max σ与寿命N 的关系曲线称为应力-寿命曲线或S-N 曲线。
碳钢的S-N 曲线如图1-2所示。
腐蚀疲劳和磨耗腐蚀 全面腐蚀与局部腐蚀
2．环境特征
❖ (2)通常环境腐蚀性增强，CF破环倾向增大，例如对于钢 (尤其是高强度钢)，CF裂纹扩展速率按照下列顺序递增： 惰性气体大气水蒸气水硫酸盐水溶液氯化物水 溶液氢气氛硫化氢。
❖ 但腐蚀过强导致局部腐蚀转化为均匀腐蚀，可能反而降低 钢的CF破坏倾向。如温度升高引起钢的严重腐蚀，造成许 多浅的裂纹源，从而降低局部的应力集中，并使阳极与阴 极面积比变大，结果使钢的抗腐蚀疲劳能力提高。另外， 氧时常通过吸附或化学反应促进裂纹闭合，阻碍CF裂纹的 扩展．从而提高CF条件疲劳极限值。
❖ 湍流腐蚀和空泡腐蚀是两种特殊而重要的冲蚀形式。
湍流腐蚀
❖ 在材料表面或设备的某些特定部位、由于介质流速的急 剧增大而形成湍流，由湍流导致的冲蚀即称为湍流腐蚀。 湍流使金属表面液体的搅动比层流更为剧烈，结果使金属 与介质的接触更为频繁。湍流不仅加速了腐蚀剂的供应和 腐蚀产物的移去，而且又附加了一个流体对金属表面的切 应力。该切应力能够把已经形成的腐蚀产物剥离，并随流 体转移开。当流体中含有气泡或固体颗粒时，切应力的力 矩增大，金属表面损伤更加严重。湍流腐蚀大多发生在叶 轮、螺旋桨，以及泵、搅拌器、离心机、各种导管的弯曲 部分。
应力作用下的腐蚀破坏
空泡 腐蚀
应力腐蚀 开裂SCC
冲击腐蚀或 湍流腐蚀
微动腐蚀或 微振腐蚀FC
腐蚀
腐蚀 疲劳 CF
氢致 断裂
一、腐蚀疲劳破坏的特征
❖ 金属材料和工程结构在交变应力和腐蚀介质协同、交互作 用下导致的破坏现象，称为腐蚀疲劳失效。
❖ 腐蚀疲劳过程受力学因素、环境因素和材料因素交互影响， 与一般腐蚀、纯机械疲劳和应力腐蚀失效相比，表现出诸 多自身的特征。
二、磨耗腐蚀
❖ 磨耗腐蚀是指金属材料与周围环境介质中之间存 在摩擦和腐蚀的双重作用，而导致金属材料的破 坏现象。由于这种破坏是应力和环境中化学介质 协同促进的过程，因此也是应力作用下腐蚀的形 式之一。
冷拔316奥氏体不锈钢应力腐蚀开裂与疲劳行为
冷拔316奥氏体不锈钢应力腐蚀开裂与疲劳行为随着核电事业的蓬勃发展,人们日益关注核电站关键材料的服役安全问题。
316奥氏体不锈钢具有优良的耐腐蚀性能和力学性能,被广泛地用于压水堆核电站回路管道和堆内构件材料。
冷变形可以显著提高奥氏体不锈钢的屈服强度与抗拉强度。
同时,冷变形能够产生位错、变形带、机械孪晶和形变诱导马氏体等缺陷,进而会对核电奥氏体钢的应力腐蚀开裂（Stress Corrosion Cracking,SCC）与疲劳行为产生不同程度的影响。
冷拔316奥氏体不锈钢主要用于压水堆堆内高强度螺栓材料。
本文发现冷拔316不锈钢中形成大量位错、变形带和机械孪晶。
目前,冷拔316不锈钢在高温高压含氯硼锂溶液中SCC行为仍缺乏深入研究,冷拔316不锈钢在含氯硼锂溶液中SCC裂纹尖端演化规律认识还不够完善,而且,冷拔316不锈钢在循环变形中的位错结构演化规律有待深入研究,对于循环变形中机械孪晶与位错运动交互作用机理的认识还需要进一步完善。
对这些问题的研究可以进一步提高人们对冷拔316奥氏体不锈钢SCC与疲劳行为的认识,为该钢种的服役性能评估提供理论基础与实验依据。
本文主要研究压水堆高强度螺栓用冷拔316奥氏体不锈钢在模拟压水堆环境中SCC行为与室温疲劳行为,利用SEM 与TEM观察分析SCC裂纹尖端微观结构,研究冷拔变形对316奥氏体不锈钢在模拟压水堆环境中氯致SCC行为的影响机理,分析讨论冷拔316奥氏体不锈钢在循环变形中的位错结构演化规律,探讨机械孪晶与位错运动交互作用机理。
本文的主要研究结论如下:（1）冷拔316不锈钢奥氏体晶粒中形成大量位错,机械孪晶与变形带组成的网络分割并细化奥氏体晶粒。
没有观察到冷拔316不锈钢发生形变诱导马氏体相变。
（2）固溶与30%冷拔316奥氏体不锈钢在模拟压水堆环境中SCC慢拉伸实验结果显示,冷拔处理与腐蚀介质中氯离子添加都可以显著提高316不锈钢SCC敏感指数。
在硼锂溶液中,固溶316不锈钢没有发生SCC行为,而30%冷拔316不锈钢断口边缘为河流状脆性准解理断口,表现出穿晶SCC特征,SCC敏感指数约为16.7%。
腐蚀和疲劳对飞机结构的挑战及解决思路
腐蚀和疲劳对飞机结构的挑战及解决思路摘要：对于常在水域、海洋中执行任务的飞机来说，在长久的运行过程中，必然受到环境气候、水体水质、运作磨损等方面因素的影响，而使得机体结构受到一定程度的腐蚀、磨损、疲劳。
根据这些现象的严重程度，可相继引发一系列其他问题，如裂纹、孔隙等，若不及时加以干预和防治就会造成较大的生命财产损失，所以，相关人员便要加强重视程度，结合实际状况，进行高效高质的维修和养护。
据此，本文对腐蚀和疲劳对飞机结构的挑战及解决思路分别进行了简要分析。
关键词：飞机结构；腐蚀疲劳；解决方法在飞机服役过程中，腐蚀与疲劳一直是尚未彻底解决的难题。
在飞机使用年龄逐渐增长的过程中，出现的锈蚀、疲劳等情况也就成为飞机运作时面临的主要问题。
同时，结构锈蚀也是飞机老化的一个重要特点，它会导致飞机过早地步入老化阶段。
而飞机的老化过程又和服役环境密切相关，会因所处的海洋环境特点，使得在长期服役过程中加快老化速度。
这是因为相对于陆基飞机，在海上服役的航空器会面临着“三高”环境，由此对机体结构、系统、电子设备等造成的腐蚀，加之维护的人手、备品等也不能与陆基飞机比拟，这便造成维护难题。
1.飞机运行面临的问题1.1腐蚀问题对于在海洋中开展飞机运行工作，便会不可避免地遇到腐蚀问题，对于该问题的防护工作也具有一定难度。
尤其对于舰载飞机而言，在海洋环境中工作的时间较长，加之海洋外界环境的作用，便常常要受到高湿、高温、高盐份条件的考验。
其次，飞机整体大多停放在甲板表面，所以还会受到舰载机排放的尾气、飞机起飞和着陆排放出的尾气的影响。
1.2疲劳问题在飞机运作过程中，就会极易因交变载荷的影响，使得飞机本身出现运行疲劳状态。
而造成飞机结构磨损疲劳正式因为长期在水中运行，使得剩余强度逐渐减弱、结构裂痕不断增加、变大。
且在运行中，还有可能受到腐蚀和疲劳的相互作用，而加速飞机裂痕、缝隙的生成，促进裂缝增大。
2.飞机结构挑战的分析2.1结构腐蚀分析目前，飞机出现的主要受损情况包含：结构腐蚀、应力腐蚀以及腐蚀疲劳等。
水利水电工程金属结构腐蚀分析与研究
水利水电工程金属结构腐蚀分析与研究摘要：水利水电工程金属结构广泛应用于大坝、水闸、泵站等工程中，其主要承载和传递水力荷载和其他外部荷载。
然而，由于水环境中存在的各种化学物质以及湿润的工作环境，使得金属结构容易受到腐蚀的侵害。
金属结构腐蚀问题不仅会降低工程的强度和稳定性，还可能导致设备损坏、漏水甚至引发断裂事故。
本文主要分析水利水电工程金属结构腐蚀分析与研究。
关键词：水利水电工程；金属结构；防腐蚀引言水利水电工程中的金属结构承担着重要的功能，如水闸门、船闸、管道、储罐等。
然而，在水工环境中，这些金属结构容易受到腐蚀的侵害，导致安全隐患和工程损坏。
因此，对水利水电工程金属结构的腐蚀进行分析与研究，具有重要的意义。
1、水利水电工程金属结构腐蚀机理的分析水利水电工程金属结构的腐蚀机理是一个复杂的过程，涉及多种因素和反应。
金属结构在水环境中发生电化学氧化还原反应，其中有两个主要反应：阳极反应和阴极反应。
不同金属材料具有不同的标准电位（标准氢电极为参比电极），导致金属之间存在电位差，进一步促进了电化学腐蚀过程。
当金属结构中存在异质金属时，形成电池腐蚀，其中一个金属起到阳极，另一个金属起到阴极。
水中含有溶解氧、氯离子、硫酸根离子等物质，它们可以加速金属的腐蚀反应。
高温和湿度环境会加速金属的腐蚀速率。
酸性或碱性环境对金属腐蚀的影响不同，通常酸性环境下腐蚀速度更快。
金属表面会形成一层自然氧化膜，在一定程度上阻止了腐蚀反应的进行。
金属表面可能覆盖有污垢和保护层，对腐蚀有一定的保护作用，但在特定条件下也可能成为腐蚀的起始点。
在特定区域发生局部的腐蚀，形成小孔洞，严重时可能引起金属的破裂。
金属表面均匀腐蚀，导致金属材料的厚度减小，强度降低。
2、水工金属结构腐蚀常见类型水利水电工程金属结构在水环境中容易受到多种腐蚀类型的侵害。
点蚀腐蚀是一种以局部点孔或凹陷为特征的腐蚀形式。
通常在金属表面出现微小的腐蚀缺陷后，通过电化学反应形成凹坑，并向周围扩展。
腐蚀疲劳强度
腐蚀疲劳强度
腐蚀疲劳在交变载荷和腐蚀性介质交互作用下形成裂纹及扩展的现象。
由于腐蚀介质的作用而引起抗疲劳性能的降低。
在交变载荷下首先在表面发生疲劳损伤，在连续的腐蚀环作用下最终发生断裂或泄漏。
对应力腐蚀敏感或不敏感的材料都可能发生腐蚀疲劳，因此没有一种金属或合金能抗腐蚀疲劳。
腐蚀疲劳裂纹通常为穿晶型的。
与应力腐蚀有一个不同点是，裂纹的应力强度因子。
即使小于单纯应力腐蚀的临界应力强度因子值(KISCC)时裂纹也会随着时间而扩展。
腐蚀疲劳的最后断裂阶段是纯机械性的，与介质无关。
金属的应力腐蚀断裂与腐蚀疲劳断裂
（ 3 ）裂纹截面金相分析可见，氢脆裂纹为单支； 应力腐蚀和腐蚀疲劳裂纹则多有分支。其分枝程度 与应力比R、载荷水平和频率有关。
（ 4 ）区分应力腐蚀和腐蚀疲劳的依据有二：一是 调查和计算分析应力性质；二是断口上是否有疲劳 辉纹。但须注意，断口上有辉纹的面积份额可能很 小，并且辉纹可能短而少，尤其是低周的条件下， 故往往不易发现。
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三、断口微观特征 （1）若腐蚀产物不是很厚或被清 洗掉后，在适当的（例如数百倍 ）倍率下，沿晶断口的形貌是颗 粒状的，如图8－19和图8－20， 可以看到沿晶的二次裂纹。
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（ 2 ）穿晶型的应力腐蚀断口有羽毛状花样或明显的 类似解理形貌， （ 3 ）在腐蚀产物很厚的情况下，断口形貌可能被掩 盖。
钛合金在甲醇蒸气中比浸在甲醇液体中更易发生应
力腐蚀。且当试样在无应力状态下置于甲醇蒸气或
液体中一段时间再在空气中拉断，也表现出同SCC
相似的穿晶脆断。经时效处理可以消除这种脆性。
据认为钛和钛合金的SCC直接与钛的氢化物有关。
消除构件中的残余应力，在溶液中添加缓蚀剂以及 进行阴极保护是防止钛和钛合金发生应力腐蚀的可 行办法。
能发生应力腐蚀，其敏感温度为15～30℃，<10℃及
>40℃刚敏感性大降。微量的氧，大大促进该SCC，故
在装液氨前必须排净空气而充。微量水(达0.2%以上) 可防止该种SCC。
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碳钢还可能在其它许多酸环境中，在中、在
高压的水溶液中、在HCN的含水气体中发生应力
腐蚀断裂。碳钢的应力腐蚀大多是沿晶的。少数
镀锌与镀锡：对于镀锌铁，镀锌层破损处的腐蚀轻微，
这是由于Zn作为阳极并发生钝化；对于镀锡铁，镀锡
层破损处的腐蚀严重，这是由于Sn作为阴极，Fe作阳 极而钝化膜不致密、不稳定所致。 （2）浓差电池 一般氧浓度低的区域为阳极。
不锈钢的腐蚀方式与腐蚀性能
不锈钢的腐蚀方式与腐蚀性能⑴不锈钢的腐蚀方式简介在众多的工业用途中，不锈钢能提供令人满意的耐蚀性能。
根据使用的经验来看，除机械失效外，不锈钢的腐蚀主要表现在：不锈钢的一种严重的腐蚀形式是局部腐蚀（亦即应力腐蚀开裂，点腐蚀，晶间腐蚀，腐蚀疲劳以及缝隙腐蚀）。
①应力腐蚀开裂（SCC）应力腐蚀开裂是指承受应力的合金在腐蚀性环境中由于裂纹的扩展而产生失效的一种形式。
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（不论是参与应力还是外加应力，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。
在微观上，穿过晶粒的裂纹称为穿晶裂纹，而沿晶界扩展的裂纹称为沿晶裂纹，当应力腐蚀开裂扩展至一定的深度时（此处，承受荷载的材料断面上的应力达到它在空气中的断裂应力），则材料就按正常的裂纹（在韧性材料中，通常是通过显微缺陷的聚合）而断开。
因此，由于应力腐蚀开裂而失效的零件的断面，将包含有应力腐蚀开裂的特征区域以及与显微缺陷的聚合想联系的“韧窝”区域。
通常是应力腐蚀开裂的基本条件是：弱的腐蚀介质，一定的拉应力和特定的金属材料构成的特定腐蚀系统。
下面将详细介绍这方面的内容。
a 仅当弱的腐蚀在金属表面形成不稳定的保护膜时，才可能发生应力腐蚀开裂。
实验结果表明：pH值降低将减弱奥氏体不锈钢的应力腐蚀开裂敏感性。
一般的结构用钢在中性pH 值和高pH值介质中，将发生不同机制的应力腐蚀开裂。
b 在一定的拉应力的应变条件下易产生腐蚀。
对Cr-Ni不锈钢的应力腐蚀开裂，应力（σ）和开裂时间（t s）关系一般认为符合1gt s=a+bσ方程，式中a，b为常数。
这表明所受应力越大，不锈钢产生应力腐蚀开裂的时间越短。
对不锈钢应力腐蚀开裂研究表明，存在产生应力腐蚀的临界应力值，常用σSCC表示。
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腐蚀疲劳与应力腐蚀开裂的关系
河南邦信防腐材料有限公司
2017年3月整理
尽管腐蚀疲劳和腐蚀开裂在许多不同的情况下都可能发生，但是在某种程度上，它们被认为具有很大的相关性。
当这两者同时发生时，会在许多行业内造成不可估量的经济损失。
近一个世纪以来，工程材料（主要是金属材料）的腐蚀疲劳已成为全球最重要的研究主题之一。
第一次世界大战期间，这种腐蚀疲劳失效现象首先是在英国皇家海军某个设备的电缆中观察到的。
如今，腐蚀疲劳已被认为是研究最为广泛的腐蚀失效类型之一。
而自1960年代初以来，应力腐蚀开裂（SCC）也逐渐引起了人们的广泛关注。
尽管在许多不同情况下腐蚀疲劳和应力腐蚀开裂会单独发生，但它们仍然被认为具有很大的相关性。
众所周知，当这两种现象同时发生时，会在许多行业中导致设备失效并带来巨大的经济损失。
这些失效都是突发性的和灾难性的，是近年来人们进行广泛的科学和工程研究的重要主题。
但是，要了解腐蚀疲劳和应力腐蚀开裂如何相互作用，必须首先了解每种腐蚀类型涉及的机理。
什么是应力腐蚀开裂？
应力腐蚀开裂（SCC）被定义为由于机械应力和腐蚀的相互作用而发生的开裂现象。
造成应力腐蚀开裂有很多因素，但与其中任何一种单独作用的因素相比，腐蚀性环境这一因素在材料中引起的应力产生的破坏一般更大。
尽管SCC最常见于金属中，但它也可以存在于一些其他材料中，例如聚合物和玻璃等。
SCC带来的结果通常被认为是灾难性的，因为材料的强度会因此发生降低，随后材料的结构也可能发生破坏。
通常情况下，细微的腐蚀裂纹仅在材料的晶界处形成，而其余的区域则不受破坏。
因此，在临时检查中通常很难检测到SCC损伤现象，并且不容易预测损伤的程度。
导致SCC进一步发展的原因之一是某些金属的晶界缺乏钝性。
由于杂质在这些位置的偏析现象改变了材料的微观结构，使材料的表面钝化难以在边界界面处发生。
例如，在某些奥氏体不锈钢中，晶界处的铬金属局部浓度可能大大低于材料表面的局部浓度。
结果，晶界可能比其他材料具有更少的钝化保护，从而为腐蚀的发生提供了一条有效的途径。
然后，随着一些外部应力的施加就会在这些薄弱区域形成一条裂缝，也就是应力腐蚀开裂现象。
什么是腐蚀疲劳？
当金属物体在腐蚀性环境中经受交变或循环应力时，会发生腐蚀疲劳。
与传统的机械疲劳相反，腐蚀疲劳没有疲劳极限。
换句话说，使材料能够抵抗无限载荷循环的最低应力水平是不存在的。
材料疲劳本身就是危险的，而腐蚀疲劳则显得更为严重，这是因为与传统疲劳相比，腐蚀疲劳在较低的应力下以及较短的时间内就会发生故障。
腐蚀疲劳一般是由材料的保护性钝化膜破裂而引起的。
因为循环的应力加载不仅会使材料变弱，而且交替的拉伸和压缩作用也会使得氧化层受到损坏。
失去这种保护会导致更多的腐蚀发生，从而进一步降低材料的强度并缩短其使用寿命。
腐蚀疲劳会导致裂纹的形成，最终甚至可能导致脆性断裂。
但是，与SCC对应的裂纹不同，腐蚀疲劳形成的裂纹更局限且不易分支。
腐蚀疲劳和应力腐蚀开裂有何关系？
腐蚀疲劳和应力腐蚀开裂在许多方面具有相似性。
但是，两者之间仍然存在一些区别，其主要区别在于施加的载荷的类型不同。
SCC通常是由于静态拉伸载荷引起的，而腐蚀疲劳是反复和交替循环载荷作用的结果。
尽管这两类腐蚀之间的界限可能很模糊，但它们经常会一起发生并带来灾难性的后果。
SCC主要会降低材料的承载能力。
在应力腐蚀开裂过程中，腐蚀一般发生在晶界处，几乎没有材料表面发生失效现象的案例。
当材料受到初始拉应力时，会有裂纹萌生，从而导致弱化的晶界“打开”。
一旦形成了初始裂纹，在常规操作期间，周期性/交替的载荷就会在整个材料中传播这些裂纹。
此过程可以进一步细分为以以下三种方式发生：
1.应力腐蚀疲劳
应力腐蚀疲劳是纯机械疲劳和应力腐蚀开裂的组合。
在下图1中，黑线表示纯机械疲劳。
当施加的应力强度超过SCC开裂阈值时，由于存在受腐蚀的晶界（如红线所示），裂纹扩展速度将显着增加。
2.腐蚀疲劳
这里所说的腐蚀疲劳是指不受SCC影响的腐蚀疲劳。
在下图中，黑线表示纯机械疲劳。
当存在腐蚀性环境时，曲线向左移动，表明在较低的应力水平下就会形成裂纹。
3.腐蚀疲劳和应力腐蚀疲劳相结合
但是，在某些情况下，腐蚀疲劳和应力腐蚀开裂会同时发生从而表现出独特且加速的裂纹扩展。
图3就很好的说明了这种行为，其中红线是图1和图2中表示的裂纹扩展速率的叠加。
腐蚀疲劳和应力腐蚀开裂（SCC）一直困扰着许多行业。
尽管人们已经在腐蚀防护等领域取得了许多进展，但是研究人员仍在不断研究这两种破坏力极强的腐蚀类型之间的相互作用。
虽然现在已经有一些可用于避免SCC和腐蚀疲劳相互作用的方法，但是识别和预测这些故障仍然是十分具有挑战性的。
因此，当下最重要的是能够更加充分理解这两种腐蚀机制，以避免发生一些突然和潜在的灾难性故障。