选择腐蚀与应力腐蚀
高压环境下金属腐蚀机理探究
高压环境下金属腐蚀机理探究高压环境下金属腐蚀机理探究引言金属腐蚀是指金属在与外界介质相互作用时，发生一系列化学或电化学反应而导致金属表面受损的现象。
在高压环境下，金属腐蚀是一个重要而复杂的问题，其机理的解析对于确保设备和结构的安全运行至关重要。
本文旨在探究高压环境下金属腐蚀的机理，并介绍一些常见的抑制腐蚀的方法。
一、高压环境下金属腐蚀的机理1. 压力效应高压环境下，介质中溶解的氧气、水和一些酸性或碱性物质更容易与金属表面发生反应，从而加速腐蚀过程。
一方面，高压会增加氧气和水的溶解度，使其更易渗透到金属表面并与金属发生反应；另一方面，高压还会增加液态介质中氧气和其他腐蚀物质的活性，从而使金属更容易受到腐蚀的侵害。
2. 强腐蚀介质的存在在某些高压环境中，存在一些强腐蚀介质，如酸性溶液、强氧化剂等。
这些介质能够迅速氧化金属表面，并在短时间内形成大量的腐蚀产物，加速金属的腐蚀速率。
3. 应力腐蚀高压环境下，金属内部的应力会受到增大，而金属表面又常常存在裂纹或缺陷等缺陷，在高压下，这些缺陷处的应力会进一步增大，从而促进金属的腐蚀。
此外，高压环境下金属之间的相互摩擦、挤压等作用也会导致金属表面的腐蚀。
二、高压环境下金属腐蚀的抑制方法1. 选择合适的金属材料在高压环境下，选择合适的金属材料是防止金属腐蚀的首要措施。
一般来说，具有优异耐蚀性的不锈钢是高压环境中的首选材料。
此外，还可以通过金属合金的选择来提高金属的抗腐蚀性能。
2. 表面处理通过表面处理可以形成一层保护性的膜或涂层，以防止金属与外界介质直接接触。
常用的表面处理方法包括：电镀、喷涂、镀膜等。
这些处理方法可以在金属表面形成一层致密、均匀的保护膜，起到抵御腐蚀介质侵害的作用。
3. 添加缓蚀剂在高压环境中，添加适量的缓蚀剂可以有效降低金属的腐蚀速率。
缓蚀剂能够在金属表面形成一层保护膜，阻止金属与腐蚀介质接触，从而起到抑制腐蚀的效果。
常见的缓蚀剂包括有机缓蚀剂、无机缓蚀剂等。
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。
应力腐蚀
1．应力腐蚀的机理：阳极溶解和氢致开裂机理阳极溶解机理应力腐蚀断裂必须首先发生选择性腐蚀，而金属的腐蚀又受图4所示的阳极极化曲线的影响。
以不锈钢为例，增加介质中Cl-含量，降低介质中O2含量及pH值，都会使图4a中阳极极化曲线从左向右移动，这四根曲线分别对应于蚀坑或裂纹区(图4b)的不同位置。
应力的主要作用在于使金属发生滑移或使裂纹扩展，这两种力学效应都可破坏钝化膜，从而使阳极过程得以恢复，促进局部腐蚀。
钝化膜破坏以后，可以再钝化。
若再钝化速度低于钝化膜破坏速度，则应力与腐蚀协同作用，便发生应力腐蚀断裂。
氢致开裂机理或称氢脆机理，是应力腐蚀断裂的第二种机理。
这种机理承认SCC必须首先有腐蚀，但是，纯粹的电化学溶解，在很多情况下,既不易说明SCC速度，也难于解释SCC的脆性断口形貌。
氢脆机理认为,蚀坑或裂纹内形成闭塞电池，局部平衡使裂纹根部或蚀坑底部具备低的pH值，这是满足阴极反应放氢的必要条件。
这种氢进入金属所引起的氢脆,是SCC的主要原因。
这种机理取决于氢能否进入金属以及金属是否有高度的氢脆敏感性。
高强度钢在水溶液中的SCC以及钛合金在海水中的SCC是氢脆引起的。
2．应力腐蚀开裂的断口形貌：穿晶断口开裂图3．氢鼓泡产生机理，文字图通过实验和理论分析研究了氢鼓泡形核、长大和开裂的过程. 在充氢试样中发现直径小于100 nm未开裂的孔洞, 它们是正在长大的氢鼓泡, 也发现已开裂的鼓泡以及裂纹多次扩展导致破裂的鼓泡.分析表明, 氢和空位复合能降低空位形成能, 从而使空位浓度大幅度升高, 这些带氢的过饱和空位很容易聚集成空位团.H在空位团形成的空腔中复合成H2就使空位团稳定, 成为氢鼓泡核.随着H 和过饱和空位的不断进入, 鼓泡核不断长大, 内部氢压也不断升高.当氢压产生的应力等于被氢降低了的原子键合力时, 原子键断开, 裂纹从鼓泡壁上形核.图5 氢鼓泡形核、长大示意图(a) 空位V和原子氢H聚集成为空位-原子氢集团; (b) 原子氢在空位团中复合成分子氢H2, 使其稳定, 鼓泡核形成; (c) 空位和氢不断进入鼓泡核使其长大; (d) 当鼓泡核内氢压产生的应力等于原子键合力时, 在鼓泡壁形成裂纹首先, 氢(H)进入金属和空位(V)复合, 使空位形成能大大降低, 从而大幅度升高空位浓度, 这些过饱和空位容易聚集成空位团. 当4个或以上的空位或空位-氢复合体(V-H)聚集成空位四面体或空位团时, 内部形成空腔, 如图5(a). 空位所带的氢在空腔中就会复合成H2, 形成氢压. 由于室温时H2不能分解成H, 故含H2的空位团在室温是稳定的, 它就是鼓泡核, 如图5(b). 随着H和空位不断进入鼓泡核, 就导致鼓泡在充氢过程中不断长大, 同时氢压不断升高, 如图5(c). 当鼓泡中的氢压在内壁上产生的应力等于被氢降低了的原子键合力时, 原子键断裂, 裂纹沿鼓泡壁形核, 如图5(d). 随着氢的不断进入, 裂纹扩展, 直至鼓泡破裂4．氢进入金属材料的途径P1295．氢致脆断类型：可逆和不可逆，第一类和第二类6．第一类氢脆里的三种形式：氢腐蚀，氢鼓泡、白点，氢化物型氢脆7．第二类氢脆两种形式：应力诱发氢化物型氢脆，可逆氢脆8．氢脆的特征：氢蚀，白点宏观断口形貌9．氢的延迟断裂，氢致开裂过程10．氢致脆断的断口形貌特征P13111．减少氢脆倾向的途径：降低内氢的措施，降低环境氢的活性12．氢脆的特点(1)实验室中识别氢脆与应力腐蚀的一种办法是，当施加一小的阳极电流，如使开裂加速,则为应力腐蚀,而当施加一小阴极电流,使开裂加速者则为氢脆。
腐蚀分类1
比较均匀。腐蚀在金属的整个表面上进行，整个金属表面几乎以相同速
度进行腐蚀，金属腐蚀表现为整体减薄，直到失效； 2. 腐蚀原电池的阴、阳极面积非常小，用微观方法无法辨认，而且微阳
极和微阴极的位置随机变化，由微观腐蚀电池组成；
3. 整个金属表面在溶液中处于活化状态，只是各点随时间（或地点）有 能量起伏，能量高时（处）呈阳极，能量低时（处）呈阴极，从而使整
7.
表面可根据服役年限的要求，涂覆不同的覆盖层，包括
金属喷镀、电镀、热浸镀和各种涂料涂装体系以防止设
备的过早腐蚀破坏。
局部腐蚀特点：
1. 导致的金属的损失量小，很难检测其腐蚀速率，
但由于局部区的严重腐蚀往往导致突然的腐蚀事
故； 2. 局部腐蚀的种类多种多样； 3. 腐蚀事故中80％以上是由局部腐蚀造成的，难以 预测局部腐蚀速率并预防。
点蚀发生的条件
点蚀的发生要满足材料、介质和电化学 三个方面的条件： 1．材料条件：
点蚀多发生在表面容易钝化的金属材料上（如不锈钢、 Al及Al合金）或表面有阴极性镀层的金属上（如镀Sn、Cu或 Ni的碳钢表面）。 原因：当钝化膜或阴极性镀层局部发生破坏时，未破坏区和 破坏区的金属形成了大阴极、小阳极的“钝化－活化腐蚀电 池”，使腐蚀向基体纵深发展而形成蚀孔。
蚀孔形核敏感位置
金属材料表面成分和组织的不均匀性，表面钝化膜在某些部位较为薄弱， 这些部位成为蚀孔容易形核的部位：
晶界：晶界析出碳化铬导致晶界贫铬；位错，金属材料表面露头的位错是产 生点蚀的敏感部位 非金属夹杂：硫化物 硫化物夹杂是碳钢、低合金钢、不锈钢以及Ni等材料萌生点蚀最敏感的 位置。
析出相：碳化物、氮化物、碳氮化物 异相组织： 耐蚀合金元素在不同相中的分布不同，使不同的相具有不同的点蚀敏感 性，即具有不同的Eb值。 例如：在铁素体－奥氏体双相不锈钢中，铁素体相中的Cr、Mo含量较高， 易钝化；而奥氏体相容易破裂。点蚀一般发生在相界处奥氏体一侧。 钝化膜的机械划伤
腐蚀的机理及其控制措施
腐蚀的机理及其控制措施腐蚀是一种难以避免的自然现象，它会导致材料的破损、失效，对工业制造和设备维护带来极大的困扰。
有许多因素会影响材料的耐腐蚀性能，其中包括环境条件、材料成分、加工和使用方法等等。
在本文中，我们将深入探讨腐蚀的机理，以及如何采取措施来控制它。
1. 腐蚀机理腐蚀是材料在接触化学环境时发生的一系列反应的结果。
在这些反应中，材料的原子或分子被氧化或还原，从而导致其电位和化学性质发生变化。
这些反应可以来源于氧化、酸化、盐类反应和生物作用等不同因素。
一种常见的腐蚀形式是金属腐蚀，它具有很高的经济和环境影响。
在一般情况下，金属的腐蚀反应包括四种反应类型：腐蚀反应、电化学反应、热量反应和生物腐蚀。
腐蚀反应是指金属在非电解质(如酸、碱)中的离子交换反应。
电化学反应通常发生于电解质中，其中金属通过与溶液中的电荷交换来腐蚀。
热反应通常是指金属快速氧化和燃烧等高温现象。
生物腐蚀是指一些微生物在特定条件下对金属的化学反应。
除此之外，在腐蚀机理的研究中，需要探讨腐蚀的成因，包括干燥腐蚀、隐蔽腐蚀和应力腐蚀等等，因为它们都会成为影响腐蚀的因素。
干燥腐蚀是指材料在干燥的环境中产生氧化物而腐蚀，在一些研究中可以通过控制清洁度来避免。
隐蔽腐蚀是指在材料内部发生的腐蚀过程，难以发现和处理。
应力腐蚀则是指金属在受到外界应力和化学环境共同影响下的腐蚀过程。
2. 腐蚀控制措施腐蚀虽然不可避免，但可以通过多种措施来降低腐蚀的风险和减缓腐蚀速度。
以下是几种常见的腐蚀控制措施：2.1 材料选择选用合适的耐腐蚀材料是一种很有效的腐蚀控制措施。
例如，在重化工行业中，选用防腐钢材料可以有效地降低设备和管道的腐蚀风险，从而延长使用寿命。
而在食品加工业中，采用不锈钢、铸铁等材料也可以有效地降低食品中的有害物质含量，提高食品的质量和安全性。
2.2 防腐涂料防腐涂料是一种常见的腐蚀控制方式。
涂料中含有具有防腐性能的化学物质，能够形成一层保护膜，保护金属材料不被化学环境侵蚀。
金属腐蚀的种类
金属腐蚀的种类金属腐蚀是指金属在特定环境下受到化学或电化学反应的影响，导致其表面失去原有的金属性质和功能的现象。
金属腐蚀种类繁多，主要可分为以下几类：一、普通腐蚀普通腐蚀是指金属在自然环境中或特定工作条件下，受到氧化、水解、酸碱等化学反应作用而导致表面失去原有金属性质和功能的过程。
这种腐蚀主要是由于环境中存在一定浓度的氧气和水分，使得金属表面发生氧化反应而产生锈迹。
二、微生物腐蚀微生物腐蚀是指在特定环境下，某些微生物通过代谢活动产生酸、碱等物质对金属表面进行侵蚀而引起的一种化学反应。
这种类型的腐蚀主要发生在海洋、地下沉积物及某些工业设备中。
三、应力腐蚀应力腐蚀是指在外界作用力（如张力、压缩力等）下，在特定介质中，金属表面发生化学反应而导致金属的腐蚀现象。
这种类型的腐蚀主要发生在高温、高压、高张力等工作环境中。
四、电化学腐蚀电化学腐蚀是指在特定介质中，金属表面与周围环境之间发生电化学反应而导致金属的失效。
这种类型的腐蚀主要是由于电极势差引起的。
五、氢致脆性氢致脆性是指在特定条件下，金属表面吸附大量氢原子而导致其变得容易断裂的现象。
这种类型的腐蚀主要发生在强酸、强碱等介质中，并且对于某些合金材料来说，氢致脆性也是一种常见问题。
六、疲劳裂纹疲劳裂纹是指在重复载荷作用下，金属材料内部产生微小裂纹，并逐渐扩大最终导致材料失效的过程。
这种类型的失效通常发生在机械设备和结构件上。
七、高温氧化高温氧化是指在高温环境下，金属表面与氧气反应而导致其表面发生化学变化的过程。
这种类型的腐蚀主要发生在高温炉窑、热处理设备等工作环境中。
总结：金属腐蚀种类繁多，每一种类型的腐蚀都有其特定的原因和影响因素。
对于不同类型的金属材料，在使用过程中需要根据实际情况选择合适的防护措施来延长其使用寿命。
应力腐蚀的名词解释
应力腐蚀的名词解释应力腐蚀，作为材料科学领域的一个重要概念，指的是在特定的环境条件下，应力和腐蚀共同作用导致材料发生破坏的现象。
它是一种使工程材料失效的特殊腐蚀形式，可在各种工业领域中产生严重的后果。
本文将以解释应力腐蚀的含义为主题，探讨其原理、危害、应对措施以及相关研究的新进展。
首先，需要明确应力腐蚀的基本概念和工作原理。
应力腐蚀的发生需要同时存在应力和腐蚀介质，应力可以是外加的、或由材料自身的残余应力产生。
当材料处于一定应力环境下，腐蚀介质的存在将增加材料的腐蚀倾向。
在应力和腐蚀作用共同作用下，材料会出现裂纹和脱落等损伤，最终导致材料失效。
应力腐蚀与其他腐蚀形式相比，其破坏速度通常更快且难以预测，因此对于工程材料来说是一个非常重要的考虑因素。
接下来，我们将探讨应力腐蚀对材料性能和结构的危害。
首先，应力腐蚀可能导致材料的力学性能下降，比如降低材料的强度、延展性和韧性等，从而对工程结构的安全性产生重大负面影响。
其次，在一些特殊的应用场景中，例如航空航天、核电等领域，应力腐蚀对材料的耐久性和可靠性提出了更高的要求。
若接触到腐蚀性介质的材料发生应力腐蚀，不仅会导致经济损失，更为严重的是可能引发重大事故，甚至威胁人员生命安全。
为了解决应力腐蚀问题，人们采取了一系列的防护措施。
其中，对于金属材料来说，选择合适的材料对腐蚀介质的抗蚀性能至关重要。
此外，设计合理的结构减少应力集中、避免材料应力超过临界值也是有效的方法。
此外，对于某些特殊环境条件下的应用，如海水腐蚀、高温高压腐蚀等，还需要通过涂层、阻挡膜、阳极保护等技术手段来提高材料的耐蚀性能。
此外，通过改变材料的热处理工艺或添加抑制杂质的合金元素，也可以提升材料的抗腐蚀性能。
随着科学技术的不断进步，对于应力腐蚀机理和控制方法的研究也取得了长足的进步。
近年来，人们开始关注新型材料和新型防护技术在应力腐蚀领域的应用。
例如，针对应力腐蚀带来的裂纹扩展问题，光纤感应技术等新兴技术为提前监测应力腐蚀损伤提供了有效手段；利用纳米材料和复合材料的制备技术，人们也在不断探索能够提高材料抗腐蚀性能的新型防护材料。
八大腐蚀类型
八大腐蚀类型腐蚀是指金属或其他材料在特定环境中受到化学或电化学作用而逐渐损坏的过程。
腐蚀不仅会降低材料的强度和耐久性，还可能导致设备故障和安全事故。
了解不同的腐蚀类型对于预防和控制腐蚀至关重要。
本文将介绍八大腐蚀类型，并探讨其特点和防治方法。
1. 电化学腐蚀电化学腐蚀是最常见的腐蚀类型之一。
它是由于金属与电解质溶液中的化学反应而引起的。
在电化学腐蚀中，金属表面的阳极和阴极区域形成，形成电池。
阳极区域发生氧化反应，而阴极区域发生还原反应。
防治电化学腐蚀的方法包括使用阴极保护、涂层保护和合适的材料选择。
2. 空气腐蚀空气腐蚀是由于金属与空气中的氧气和湿气发生反应而引起的。
常见的空气腐蚀类型包括氧化腐蚀和水蒸气腐蚀。
氧化腐蚀是金属与氧气反应形成氧化物的过程，而水蒸气腐蚀是金属与湿气反应形成氢氧化物的过程。
防治空气腐蚀的方法包括使用防腐涂层、控制湿度和氧气浓度。
3. 酸性腐蚀酸性腐蚀是由于金属与酸性溶液接触而引起的。
酸性腐蚀可以分为酸性溶液直接腐蚀和酸性气体腐蚀两种类型。
酸性溶液直接腐蚀是酸性溶液中的氢离子与金属表面发生反应，而酸性气体腐蚀是酸性气体与金属表面发生反应。
防治酸性腐蚀的方法包括使用耐酸材料、控制酸性溶液的浓度和温度。
4. 碱性腐蚀碱性腐蚀是由于金属与碱性溶液接触而引起的。
碱性腐蚀可以分为碱性溶液直接腐蚀和碱性气体腐蚀两种类型。
碱性溶液直接腐蚀是碱性溶液中的氢氧根离子与金属表面发生反应，而碱性气体腐蚀是碱性气体与金属表面发生反应。
防治碱性腐蚀的方法包括使用耐碱材料、控制碱性溶液的浓度和温度。
5. 微生物腐蚀微生物腐蚀是由微生物对金属表面进行代谢活动而引起的。
微生物腐蚀可以分为微生物菌膜腐蚀和微生物产生的酸性物质腐蚀两种类型。
微生物菌膜腐蚀是微生物在金属表面形成菌膜，并通过代谢活动产生酸性物质进行腐蚀。
防治微生物腐蚀的方法包括使用抗菌剂、控制温度和湿度。
6. 应力腐蚀应力腐蚀是由于金属在受到应力的同时与腐蚀介质接触而引起的。
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材料内部形成的热应力、形变应力等残余应力 ◎裂纹内腐蚀产物的体积效应造成的楔入作用 ◎阴极反应形成的氢产生的应力
SCC的特征
1. 典型的滞后破坏 2. 裂纹分为晶间型、穿晶型和混合型 3. 裂纹扩展速度比均匀腐蚀快约106倍 4. 低应力的脆性断裂
• 材料的力学性能 • 残余应力
（类型、分布）
• 材料内部因加工造 成的裂纹
及非裂纹型缺陷
防止SCC的措施
1. 降低和消除应力
改进结构设计、避免或消除应力集中 消除加工或装配中的残余应力(如焊接、热处理等)或加工
后进行去应力处理（退火、喷砂、喷丸）
2. 控制环境
改善使用条件，减少和控制有害介质 使用缓蚀剂 涂覆保护涂层 电化学保护
• 临界应力σSCC 临界应力强度因子KI SCC 在此临界值以下，不发生SCC
2. 裂纹形态
SCC裂纹分为晶间型、穿晶型和混合型三种 – 裂纹的途径取决于材料与介质 – 同一材料因介质变化，裂纹途径也可能改变
穿晶型
晶间型
穿晶型：裂纹穿越晶粒扩展，如奥氏体不锈钢、镁合金 晶间型：裂纹沿晶界扩展，如软钢，铝、铜及镍的合金 混合型：钛合金
应力腐蚀裂纹的主要特点是：
– 裂纹起源于表面 – 裂纹的长宽不成比例，相差几个数量级 – 裂纹扩展方向一般垂直于主拉伸应力的方向 – 裂纹一般呈树枝状
3. SCC裂纹扩展速度
－ 扩展速度较快--- 10-8-10-4mm/s －比局部腐蚀快约106倍 － 比纯机械断裂速度低1010倍
4. 低应力的脆性断裂
黄铜的氨脆
铝合金 的SCC
SCC需要同时具备三个条件:
1、敏感的金属材料
几乎所有的金属或合金在特定的介质中 都有一定的SCC敏感性
合金和含有杂质的金属比纯金属 更容易产生SCC
◎ 纯度99.99%的Cu在含氨介质中不会发生腐蚀断 裂，但含有0.04%的P和0.01%的Sb（antimoቤተ መጻሕፍቲ ባይዱy）时
则发生开裂 ◎ 纯度99.99%的Fe在硝酸盐中很难开裂，
但含0.04%C时则容易产生硝脆
2、特定的腐蚀介质
每种合金的SCC只对某些特定的介质敏感 并不是任何介质都能引起SCC
◎严重的全面腐蚀环境：难以发生SCC ◎合金在引起SCC的环境中是惰性的，
表面往往存在钝化膜 ◎只需很少量的特定介质就足以产生SCC
3、足够大的拉伸应力 发生SCC必须有一定拉伸应 力的作用。
3. 正确选择材料
提高纯度、消除有害物质偏析、细化晶粒
THANKS！
裂尖溶解促进位错运动和局部变形， 使应变进一步集中 – 溶解+应变： 小的韧断→连接不同滑移系裂纹→穿晶解理
• 裂纹扩展：
蚀坑尖端部分所受外加拉应力、残余应力 和腐蚀产物锲入蚀坑尖端造成的拉应力。 腐蚀产物体积大于它的金属的体积： 产生裂纹的侧向拉应力 304不锈钢：SCC开裂区腐蚀产物Fe3O4， 约为Fe体积的2倍， 像锲子一样锲入裂纹尖端，加大拉应力， 促进裂纹扩展。
断裂前没有明显的宏观塑性变形 － 脆性断口－解理、准解理或沿晶 － 腐蚀 断口表面颜色暗淡，腐蚀坑和二次裂 纹
穿晶型断口：河流花样、扇形花样、羽 毛状花样
晶间型断口：冰糖块状
SCC机理
阳极溶解型机理
• 奥氏体不锈钢氯脆、黄铜的氨脆
氢致开裂型机理
• 高强钢在水介质中、湿硫化氢中的开裂
两种机理作用
载荷类型 加载方向 载荷大小 加载速度
失稳断裂
裂纹扩展
应力腐蚀 裂纹形核
力学行为
应力状态（平面应力、平面应变） 载荷-裂纹组态（I、II、III型） 缺陷（缺口或裂纹）的集合 应力集中系数或裂纹前端的应力 场强度因子 裂尖塑性区尺寸 应力诱发相变 力学行为 局部应力、应变集中
冶金因素
冶炼方式
加工方式（铸、锻、 轧、焊、热处理、机 加工、表面强化等）
腐蚀与防护
汝浩
2019、11.28
应力作用下的腐蚀
1.应力腐蚀开裂 2.腐蚀疲劳 3.磨损腐蚀 （主要讲解应力腐蚀
开裂）
应力的来源
• 外部： 直接作用在金属上的载荷： 拉伸、压缩、弯曲、扭转等 通过接触面的相对运动、高速流体 （含有固体颗粒的流动）等施加在金属表面
上 • 内部：
加工、热处理、表面处理等过程引入残余 应力，
表面膜的类型、成分、结构、厚度、完整性、强度、塑性、表面粗糙度等
• 成分：合金元素、杂质元素 • 成分的不均匀性：合金元素贫乏，杂质偏析 • 晶体结构：类型 • 结构的不完整性：位错组态、堆垛层错、短程有序 • 组织：相的组成、类型、分布、晶粒度 • 组织的不均匀性：晶界、相界、夹杂物
（种类、形态、数量、分布）
2. 机械作用：
→膜的延展性或强度比基体金属差 →受力变形后局部膜破裂 →诱发SCC裂纹
• 表面几何不连续：沟槽、缺陷、加工痕迹、 附着物
→应力应变集中，有害离子浓缩，诱发 裂纹
• 平面滑移导致的膜破裂 →穿晶SCC裂纹形核
B 裂尖定向溶解导致裂纹扩展
• 裂纹内部形成“闭塞电池” →裂纹尖端--裂纹壁之间
A 钝化膜局部破裂导致裂纹形核
钝化膜局部破坏：电化学作用或机械作用
1. 电化学作用
• 通过点蚀或晶间腐蚀诱发SCC裂纹： 有点蚀： 腐蚀电位比点蚀电位正→ 钝化膜局部击穿 → 点蚀形成 应力作用下从点蚀坑底部诱发SCC裂纹； 无点蚀： 若电位处于活化－钝化或钝化－过钝化的过渡区间 →钝化膜不稳定 → SCC裂纹容易在表面薄弱部位形核(如晶间腐蚀)；
• 铝合金应力腐蚀：阳极溶解+吸附氢--导致晶间应力腐
蚀开裂
阳极溶解型机理
• 在发生SCC的环境中，金属表面通常被钝化膜 覆盖，金属不与腐蚀介质直接接触
• 当钝化膜遭受局部破坏后，裂纹形核，并在应 力作用下裂纹尖端沿某一择优路径定向活化溶解，导致
裂纹扩展，最终发生断裂 – A 钝化膜局部破裂导致裂纹形核 – B 裂尖定向溶解导致裂纹扩展 – C 断裂
或腐蚀产物楔入引入扩张应力。
1.应力腐蚀开裂
4
• Stress Corrosion Cracking—SCC
• 受一定拉伸应力作用的金属材料在某些特定的
介质中，由于腐蚀介质和应力的协同作用而发 生的脆性断裂现象。
材料发生SCC的实例
碳钢、 低合金 钢的碱 脆
碳钢、 低合金 钢的硝 脆
奥氏体 不锈钢 的氯脆
C 断裂
• SCC裂纹扩展到临界尺寸
裂纹失稳 纯机械断裂
环境因素
离子种类、浓度 溶液粘度，pH 氧及其他气体 搅拌或流速 缓蚀剂 温度、压力 辐照、微生物 外加电流
电化学行为
腐蚀原电池的阴极过程 和阳极过程 腐蚀电极的极化 腐蚀电位 腐蚀产物 腐蚀金属的钝化 微观电化学不均匀性
SCC的影响因素
应力因素
1. SCC是典型的滞后破坏
拉伸应力
裂纹形核
材料
裂纹亚临界扩展
裂纹达到临界尺寸
腐蚀介质
失稳断裂
⊿孕育期－裂纹萌生阶段，即裂纹源成核所需时间，
约占整个时间的90％左右； ⊿裂纹扩展期－裂纹成核→临界尺寸 ⊿快速断裂期－由纯力学作用裂纹失稳瞬间断裂
• 整个断裂时间与材料、介质、应力有关 – 短则几分钟，长可达若干年 – 应力降低，断裂时间延长
形成“活化－钝化腐蚀电池” →创造了裂尖快速溶解+自催化的电化学条件；
• 应力和材料不均匀性
为快速溶解提供了择优腐蚀途径: 预存活性途径：沿晶SCC – 晶界：对腐蚀敏感，连续性通道，
相对于周围组织作为阳极 – 应力：拉断连接部位, 使裂纹张开,
避免通道堵塞, 便于物质传递 应变产生的活性途径：穿晶SCC – 裂尖应变集中：化学活性点增加、溶解活化能降低 →强化了无膜裂纹尖端的溶解 – 位错：大量位错滑移至尖端（增加活性和运送杂质）