金属材料的应力腐蚀
应力腐蚀概述
应力腐蚀概述应力腐蚀是一种材料在同时受到应力和特定腐蚀介质作用下发生的破坏现象。
它被广泛应用于金属材料的工程设计和失效分析。
应力腐蚀的研究对于提高材料的耐蚀性能以及确保工程结构的安全是至关重要的。
本文将对应力腐蚀的定义、机理、预防措施以及相关领域的应用进行概述。
一、应力腐蚀的定义应力腐蚀是指金属材料在受到应力和特定腐蚀介质作用下产生的破坏。
这种破坏的特点是剧烈，严重影响材料的使用寿命和安全性。
应力腐蚀与单独的应力或腐蚀介质作用下的腐蚀具有明显的区别，需要同时满足应力和特定腐蚀介质的作用才会发生。
二、应力腐蚀的机理应力腐蚀的机理非常复杂，一般包括三个要素：金属材料、应力和腐蚀介质。
在应力腐蚀环境中，金属表面的被动膜被破坏，导致金属原子与腐蚀介质发生直接作用。
这种作用会引起金属表面的溶解，形成裂纹或表面腐蚀。
同时，应力会加剧腐蚀过程，并促使裂纹的扩展和破坏。
三、应力腐蚀的预防措施为了减少应力腐蚀的发生，可以采取一系列的预防措施。
首先，选择适合的材料是非常重要的。
某些材料对特定腐蚀介质表现出更好的抗腐蚀性能，因此在设计和使用过程中应选择这些材料。
其次，通过适当的设计和加工可以减少应力的集中和作用时间，从而降低应力腐蚀的风险。
此外，应在设计和施工中注意腐蚀控制和材料保护，定期检测和维护工程结构的完整性。
四、应力腐蚀在相关领域的应用应力腐蚀广泛应用于金属材料的工程设计和失效分析。
在航空航天领域，应力腐蚀是导致飞机、火箭和导弹等航天器件失效的主要原因之一。
在核能领域，应力腐蚀研究对于保证核反应堆的安全运行至关重要。
此外，应力腐蚀还在化工、石油、冶金等工业领域具有重要意义，对于设备的正常运行和人们的生命财产安全具有重要的保障作用。
结论应力腐蚀是金属材料在应力和特定腐蚀介质作用下发生的破坏现象。
它需要同时满足应力和腐蚀介质的作用才会发生，具有剧烈的破坏性。
为了减少应力腐蚀的发生，可以采取材料选择、设计和加工、腐蚀控制等预防措施。
金属材料中的应力腐蚀研究
金属材料中的应力腐蚀研究随着现代化社会的发展，人们对于材料的要求越来越高。
金属材料是目前工程领域中最为常用的制造材料之一，因其具有优异的机械性能、电学性能和化学性能，被广泛应用于各种领域。
但是，在使用过程中，金属材料容易产生应力腐蚀，使其失去正常的使用寿命，因此对于应力腐蚀的研究显得尤为重要。
一、应力腐蚀的定义和发生机理应力腐蚀是指在金属材料受到应力同时又受到介质作用时所引起的一种腐蚀形式。
常见的应力腐蚀有三种形式，分别是氢致应力腐蚀、氧化腐蚀和晶间腐蚀。
应力腐蚀是一种十分危险的腐蚀形式，可能会导致材料的机械性能急剧下降，直接影响使用寿命和安全性。
应力腐蚀的发生机理很复杂，涉及到多种物理化学因素。
一般来讲，金属材料自身存在着内应力，而受到外加应力的影响，这些应力可能超过材料的破裂应力，从而导致金属材料发生应力腐蚀现象。
此外，介质中的物质也会对金属产生腐蚀，这种腐蚀因素在氢致应力腐蚀中更为明显。
二、应力腐蚀的危害性应力腐蚀对于金属材料的危害性非常大，主要包括以下几个方面：1. 会对材料的机械性能产生重大影响，降低材料的强度和韧性。
2. 会大量减缓材料的疲劳寿命，从而缩短其使用寿命。
3. 会导致材料出现裂纹和应力集中现象，进一步加剧材料的破坏。
4. 在某些特殊情况下，还会引发爆炸和火灾等危险事故。
因此，应力腐蚀研究不仅对于材料的发展十分重要，更是涉及到人们的安全和健康。
三、现有应力腐蚀研究方法为了防止和减少应力腐蚀的发生，科学家们已经发明了多种应力腐蚀研究方法。
当前常用的研究方法主要包括以下三种：1. 金属材料实验研究：这种方法主要是通过实验的方式来探究金属材料在应力腐蚀作用下的变化规律，从而研究应力腐蚀的机理和规律。
2. 数值模拟研究：这种方法主要是基于数值模拟方法，通过计算机模拟实验，对应力腐蚀现象进行分析研究。
3. 材料失效分析研究：这种方法主要是通过对于已经出现应力腐蚀问题的材料进行失效分析，从中总结出其发生应力腐蚀的原因和特点。
1-5应力腐蚀开裂
1-5 应力腐蚀开裂概述因介质对材料的腐蚀而造成的结构破裂称腐蚀破裂。
金属材料的腐蚀有多种，按腐蚀机理可分为：化学腐蚀和电化学腐蚀；按腐蚀介质可分为：氧腐蚀、硫腐蚀、酸腐蚀、碱腐蚀等；按腐蚀部位和破坏现象，可分为：均匀腐蚀、点腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳等。
金属材料在特定腐蚀环境下，受拉应力共同作用时所产生的延迟开裂现象，称为“应力腐蚀开裂”。
应力腐蚀开裂属于环境敏感断裂范畴。
并非任何环境都会产生应力腐蚀开裂，应力腐蚀是特殊的腐蚀现象和腐蚀过程，一定的金属材料只在某一特定的腐蚀环境中才会产生应力腐蚀开裂。
有拉伸应力存在，是应力腐蚀开裂的先决条件，焊接剩余拉应力有着极为重要的影响！在锅炉压力容器部件的腐蚀中，应力腐蚀及其造成的破裂是最常见、危害最大的一种！已成为工业（特别是石油化工）中越来越突出的问题（参见：化工设备损伤事例统计表），石油化工焊接结构的破坏事故中，约有半数为应力腐蚀开裂。
化工设备（低于300ºC）损伤事例统计表①包括腐蚀疲劳开裂，一般约占8% 。
因此，必须从结构设计及施工制造方面考虑洚低剩余拉应力，以提高结构的抗应力腐蚀开裂性能。
当然，还应从生产管理方面考虑降低介质的腐蚀作用。
本节主要是了解应力腐蚀开裂的特征，以防止、控制应力腐蚀开裂。
一. 应力腐蚀开裂特征：1. 应力腐蚀开裂条件：（1）合金----纯金属不发生应力腐蚀，但几乎所有的合金在特定的腐蚀环境中都会产生应力腐蚀裂纹。
极少量的合金或杂质都会使材料产生应力腐蚀。
各种工程实用材料几乎都有应力腐蚀敏感性。
（2）拉应力-----引起应力腐蚀的应力必须是拉应力，且应力可大可小，极低的应力水平也可能导致应力腐蚀破坏（不管拉应力多么小，只要能引起变形滑移，即可促使产生应力腐蚀开裂）。
应力既可由载荷引起，也可是焊接、装配或热处理引起的残余应力。
（3）腐蚀性介质----产生应力腐蚀的材料和腐蚀性介质之间有选择性和匹配关系，即当二者是某种特定组合时才会发生应力腐蚀。
应力腐蚀
阴极反应消耗电子，释放氢，除了对阳极过程所产生的电子起作用外，对 应力腐蚀裂纹的扩展并不产生直接影响
HE是由于合金在阴极区吸收了阴极反应产物氢原子，诱导氢脆而产 生开裂和扩展的； 阳极过程仅提供电子而对氢脆不产生影响
阳极过程的SCC可因阴极防护而停止， 阴极过程的HE可因阳极保护而不在进行
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二.应力腐蚀断裂 应力腐蚀－普遍而历史悠久的现象
古代波斯王国青铜少女头像上具有SCC现象
黄铜弹壳开裂、黄铜冷凝管SCC现象
蒸汽机车锅炉碱脆 铝合金在潮湿大气中的SCC；
问题引出
奥氏体不锈钢的SCC；
含S的油、气设备出现的SCC； 航空技术中出现的钛合金的SCC 腐蚀领域研究最多的课题－应力腐蚀开裂
入特制的慢应变速率试验机中，由于试验处于环境室中，可在慢拉伸过 程中同时研究其它因素如温度、电极电位和溶液 p H值等对应力腐蚀过 程的影响。
三.金属的氢脆和氢损伤
氢脆和应力腐蚀在产生原因和机理上的区别
SCC是由于裂尖的阳极溶解，其扩展途径既可以是合金内部已存在的活性 通道，也可是裂纹前沿因塑性变形而形成的活性区；
不锈钢的应力腐蚀
现象：NaCl及高温水中 机理：阳极溶解型 在应力的协同作用下，加速金属内活化区的溶解而导致断裂的机理
高强钢的应力腐蚀
现象：海水及硫化物中破裂 机理：环境氢脆 原因：氢渗入材料内部
二.应力腐蚀断裂
应力－力学因素
拉伸应力来源： 1. 残余应力－加工、冶炼、装配过程中产生的 2. 外应力及工作所承受的载荷
3. 体积效应所造成的不均匀应力
应力在特定破裂体系中起以下作用
应力引起塑性变形； 应力使腐蚀产生的裂纹向纵深扩展
应力使能量集中于局部
金属设备的应力腐蚀及预防措施
金属/设备的应力腐蚀及预防措施一、应力腐蚀的机理和特点1．应力腐蚀----金属/设备在拉应力和腐蚀介质同时作用下产生脆性破裂，叫应力腐蚀破裂。
2．应力腐蚀破裂的裂缝形态----主要有二种：a.沿晶界发展，称晶间破裂。
b.裂缝穿过晶粒，称穿晶破裂。
也有混合型，主逢为晶间型，支缝或尖端为穿晶型。
3．应力腐蚀的特征----a.必须存在拉应力（外加载核、热应力、冷/热加工或焊接后的残余应力等），若存在压应力则可抑制这种腐蚀。
b.发生应力腐蚀开裂(SCC)必须同时满足材料、环境、应力三者的特定条件。
也就是说一般只发生在一定的体系，如奥氏体不锈钢/CI-体系，碳钢/NO-3体系，铜合金/NH+4体系等。
根据介质主要成分为氯化物、氢氧化物、硝酸盐、氨、含氧水及硫化物等，而分别称为氯裂（氯脆）、碱裂（碱脆）、硝裂（硝脆）、氨裂（氨脆）、氧裂（氧脆），还有硫化物应力开裂等。
c. 应力腐蚀开裂与单纯由机械应力造成的开裂不同，它在极低的负荷应力下也能产生开裂。
d. 应力腐蚀开裂与单纯由腐蚀引起的开裂也不同，腐蚀性极弱的介质也能引起应力腐蚀开裂。
其全面腐蚀常常很轻，而且没有变形预兆，即发生突然断裂，应力腐蚀是工业生产中危害性最大的一种恶性腐蚀类型。
4．应力腐蚀的机理----应力腐蚀的机理很复杂，按照左景伊提出的理论，破裂的发生和发展可区分为三个阶段：a.金属表面生成钝化膜或保护膜。
b. 钝化膜或保护膜局部破裂，产生孔蚀或裂缝源。
c.裂缝内发生加速腐蚀，在拉应力作用下，以垂直于应力的方向深入金属内部。
裂缝多半有分枝，裂缝端部尖锐，端部的扩张速度很快，断口具有脆性断裂的特征。
二、应力腐蚀试验方法根据应力的加载方法不同，应力腐蚀试验方法主要可分为以下四类：恒变形法----给予试样一定的变形，对其在试验环境中的开裂敏感性进行评定恒载荷法(SSCC)----方法有拉伸试验、弯梁试验、C形环试验、双悬臂梁试验，常用拉伸试验，即把单轴拉伸型的试样进行H2S水溶液应力腐蚀试验，试验介质为%HAc+5%NaCl+饱和H2S水溶液，试验在恒负荷拉伸应力腐蚀试验机上进行。
应力腐蚀开裂的三个条件
应力腐蚀开裂的三个条件
应力腐蚀开裂是一种特殊的金属腐蚀现象，通常发生在受到持续拉伸应力和某些化学环境的金属材料上。
其发生与否受到以下三个条件的影响：
1. 金属材料具有易腐蚀性
金属材料在特定的化学环境中容易发生腐蚀，这就是易腐蚀性。
通常，易腐蚀性体现为材料表面的一些小缺陷，例如微小的裂纹、气孔、夹杂物等。
这些缺陷可以为腐蚀剂提供钝化膜破坏的隐患，从而使金属材料易发生应力腐蚀开裂。
2. 存在应力场
金属材料在一定的应力环境下，会发生应力集中现象，导致局部应力过大。
这种应力状态非常容易导致金属材料发生应力腐蚀开裂。
在实际应用中，常见的应力集中形式包括缺口、孔洞、螺纹、焊接处等。
3. 存在腐蚀环境
既然是应力腐蚀开裂，那么一定需要存在一定的腐蚀环境。
在这种环境下，金属材料被腐蚀，形成钝化膜的破坏，加上局部应力的作用，就容易发生应力腐蚀开裂。
常见的腐蚀环境包括氯化物、硫化物、碱性等。
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应力腐蚀
应力腐蚀（一）应力腐蚀现象金属在拉应力和特定的化学介质共同作用下，经过一段时间后所产生的低应力脆断现象，称为应力腐蚀断裂。
应力腐蚀断裂并不是金属在应力作用下的机械性破坏与在化学介质作用下的腐蚀性破坏的迭加所造成的，而是在应力和化学介质的联合作用下，按持有机理产生的断裂。
其断裂抗力比单个因素分别作用后再迭加起来的要低很多。
由拉伸应力和腐蚀介质联合作用而引起的低应力脆性断裂称为应力腐蚀（常用英文的三个字头SCC表示）。
不论是韧性材料还是脆性材料都可能产生应力腐蚀断裂。
应力腐蚀断裂一般都是在特定的条件下产生的：1．只有在拉伸应力作用下才能引起应力腐蚀开裂(近来有研究说压应力下也可能产生)。
这种拉应力可以是外加载荷造成的应力；也可以是各种残余应力，如焊接残余应力，热处理残余应力和装配应力等。
一般情况下，产生应力腐蚀时的拉应力都很低，如果没有腐蚀介质的联合作用，机件可以在该应力下长期工作而不产生断裂。
2．产生应力腐蚀的环境总是存在特定腐蚀介质，这种腐蚀介质一般都很弱，如果没有拉应力的同时作用，材料在这种介质中腐蚀速度很慢。
产生应力腐蚀的介质一般都是特定的，也就是说，每种材料只对某些介质敏感，而这种介质对其它材料可能没有明显作用，如黄铜在氨气氛中，不锈钢在具有氯离子的腐蚀介质中容易发生应力腐蚀，但反应过来不锈钢对氨气，黄铜对氯离子就不敏感。
3．一般只有合金才产生应力腐蚀,纯金属不会产生这种现象.合金也只有在拉伸应力与特定腐蚀介质联合作用下才会产生应力腐蚀断裂。
常见合金的应力腐蚀介质：碳钢：荷性钠溶液，氯溶液，硝酸盐水溶液，H2S水溶液，海水，海洋大气与工业大气奥氏体不锈钢：氯化物水溶液，海水，海洋大气，高温水，潮湿空气（湿度90%），热NaCl，H2S水溶液，严重污染的工业大气（所以不锈钢水压试验时氯离子的含量有很严格的要求）。
马氏体不锈钢：氯化的，海水，工业大气，酸性硫化物航空用高强度钢：海洋大气，氯化物，硫酸，硝酸，磷酸铜合金：水蒸汽，湿H2S，氨溶液铝合金：湿空气，NaCl水溶液，海水，工业大气，海洋大气（二）应力腐蚀断口特征与疲劳相似，应力腐蚀断裂也是通过裂纹形成和扩展这两个过程来进行的，一般认为裂纹形成约占全部时间的90%左右，而裂纹扩展仅占10%左右。
金属材料应力腐蚀裂纹的探讨
金属材料应力腐蚀裂纹的探讨摘要金属被环境介质的化学以及电化学作用而受破坏过程即腐蚀。
根据工程实情，对应力腐蚀裂纹的形成等问题展开研究，对设计中怎样更有效地实施措施以防止金属材料应力腐蚀的现象发生以及在生产实践中怎样处理金属材料应力腐蚀裂纹的问题进行探究。
关键词金属材料；应力腐蚀；裂纹中图分类号：tg111.91 文献标识码：b 文章编号：1671-489x （2013）06-0131-021 应力腐蚀概论应力腐蚀指的是金属材料或结构处于静载拉应力与一定的腐蚀环境一起作用下所导致发生的脆性破裂。
1.1 金属材料应力腐蚀裂纹金属材料于一定的腐蚀环境中，被应力作用，因着金属本身微观径路在设限范围内产生腐蚀而呈现裂纹的现象称应力腐蚀裂纹。
应力腐蚀裂纹的特征是金属外表为脆性机械断裂。
裂纹只产生于金属的部分区域，由内向外发展，通常是与作用力保持垂直状态。
金属材料应力腐蚀裂纹同简单因应力导致的破坏不一样，其腐蚀在极其微弱的应力条件下也可以产生；金属材料应力腐蚀裂纹同单一因腐蚀造成的破坏也不一样，其腐蚀性最为微弱的介质也可以导致腐蚀裂纹。
而处于严重的全面腐蚀状况下，则不易发生应力腐蚀裂纹现象。
应力腐蚀外表没有变化，裂纹发展速度极快并且很难意料，因此可以说是一种具有极大危害性的破坏形式。
它的破坏往往是无法意料的，就发展速度而言，能够达到孔蚀的数百万倍。
导致设备发生渗漏现象及至爆炸，是所有腐蚀形态中最具危害的一种。
1.2 氢脆理论依据裂纹发展阶段的电化学反应，可将应力腐蚀划分成阳极和阴极两个反应敏感型。
具体说明：1）应力腐蚀阳极反应敏感指的是此类应力腐蚀裂纹的产生与发展阶段都是受裂纹处金属的阳极溶解制约的，裂纹的发展快慢也是由金属阳极溶解的快慢决定；2）应力腐蚀阴极反应敏感指的是此类应反应阶段中因阴极吸氢而导致的脆性破坏，其也称之为氢脆型应力腐蚀。
而氢脆裂纹指的是金属材料在应力作用下，因为腐蚀反应所产生的氢为金属所吸收出现氢蚀脆化导致的裂纹。
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金属材料的应力腐蚀
金属材料的应力腐蚀开裂，是指在静拉伸力和腐蚀介质的共同作用下导致腐蚀开裂的现象。
它与单纯由应力造成的破坏不同，这种腐蚀在极低的应力条件下也能发生；它与单纯由腐蚀引起的破坏也不同，腐蚀性极弱的介质也能引起腐蚀开裂。
它往往是没有先兆的进展迅速的突然断裂，容易造成严重的事故。
因此它是一种危害性极大的破坏形式。
按照裂纹发展过程的电化学反应，可以把应力腐蚀分为两个基本类别：阳极反应敏感型和阴极反应敏感型。
阳极反应敏感型应力腐蚀，是指这类应力腐蚀裂纹的形成和发展过程是以裂纹处金属的阳极溶解为基础的，裂纹的成长速度也由金属阳极溶解速度决定。
阴极反应敏感型应力腐蚀，是指这类应反应过程中由于阴极吸氢而造成的脆性破坏，它也称为氢脆型应力腐蚀，也称氢脆。
通常说的应力腐蚀，指的是阳极反应敏感型应力腐蚀。
金属材料发生应力腐蚀的特征，可从四个方面说明
1、应力
产生应力俯视的应力主要是其中的静态部分，它可以是外加载荷或装配力（例如拧螺栓的力、胀接力等）引起的应力，也可以是构件在加工、热处理、焊接等过程中产生的内应力。
不管来源如何，导致应力腐蚀开裂的应力必须有拉伸应力的成分，压缩应力是不会引起应力腐蚀开裂的。
此外，这种应力通常是比较轻微的。
如果不是在腐蚀
环境中，这样小的应力是不会使构件发生机械性的破坏。
构成破坏的应力值要根据材料、腐蚀介质等具体情况来确定。
2、腐蚀介质
产生应力腐蚀的材料和介质并不是任意的，只有二者是某种组合时才会发生应力腐蚀。
引起普通钢应力腐蚀的腐蚀介质有：氢氧化物溶液；含有硝酸盐、碳酸盐、硫化氢的水溶液；海水，硫酸-硝酸混合液；融化的锌、锂；热的三氯化铁溶液；液氨。
引起奥氏体不锈钢应力腐蚀的介质有：酸性和中性的氯化物溶液；海水；熔融氯化物；热的氟化物溶液；日的氢氧化物溶液。
3、材料
一般认为极纯的金属不产生应力腐蚀破坏，只有在合金或含有杂质的金属中才会发生。
4、破坏过程
a.孕育阶段。
这是在应力腐蚀裂纹产生前的一段时间，为裂纹的成核作准备。
b.裂纹稳定扩展阶段。
在应力和腐蚀介质的联合作用下，裂纹缓慢扩展
c.裂纹失稳扩展阶段。
这是最后的机械性破坏。
另外，金属材料的应力腐蚀破裂还有一个特点是金属的开裂与金属本身厚度无关。
常见的厚度大腐蚀也慢（均匀腐蚀）的情况在这里不适用。
因此，靠增加金属厚度来延缓应力腐蚀破裂几乎是无效的。