災(zāi)難性的應(yīng)力腐蝕
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應(yīng)力在我們生活工作中是非常常見的,相信每一位都不陌生,腐蝕更是隨處可見,但是當(dāng)這兩者疊加到一起時,帶來的事故都是破壞性的,不可修復(fù)的。如果是在模具上,常常會引起模具開裂報廢,如果是在橋梁、飛機、容器管道則會導(dǎo)致橋梁坍塌,飛機失事,容器管道泄漏等巨大的財產(chǎn)和生命的損失。應(yīng)力腐蝕導(dǎo)致失效之所以不起眼,是因為在失效時,應(yīng)力(一般是靜應(yīng)力、拉應(yīng)力)也是非常低的,腐蝕也是極輕微的,兩者在特定的條件下就導(dǎo)致裂紋很快產(chǎn)生并擴展,所以往往導(dǎo)致意外發(fā)生。每種不同的材質(zhì)其特定的應(yīng)力腐蝕介質(zhì)是不一樣的。碳鋼和低合金的特定介質(zhì)有NaOH溶液,含有硝酸根,硫化氫水溶液,海水,海洋大氣和工業(yè)大氣,硫酸—硝酸混合液,三氯化鐵溶液,濕的CO—CO2,空氣;高強度鋼的特定的介質(zhì)有蒸餾水,濕大氣,氯化物溶液,硫化氫,從這個特定介質(zhì)可以看出來,氯化物正是高強度鋼的特定的腐蝕介質(zhì),濕大氣也比較常見,這個特定介質(zhì)我們的模具在使用的過程中很容易就滿足了。
應(yīng)力腐蝕是危害最大的腐蝕,經(jīng)統(tǒng)計,各種腐蝕所占的比例如下,可見應(yīng)力腐蝕的比例是非常大的
靜態(tài)的拉應(yīng)力則主要來自于以下幾個方面:
1. 工作狀態(tài)下構(gòu)件所承受的外加載荷形成的抗力;
2. 加工,制造,熱處理引起的內(nèi)應(yīng)力;
3. 裝配,安裝形成的內(nèi)應(yīng)力;
4. 溫差引起的熱應(yīng)力;
5. 裂紋內(nèi)因腐蝕產(chǎn)物的體積效應(yīng)造成楔入作用也能產(chǎn)生裂紋擴展所需要的應(yīng)力
整個應(yīng)力腐蝕裂紋的過程如下,特點如下:
a. 裂紋的形成時間約占整個時間的90%
b. 裂紋達(dá)到臨界尺寸后,由純力學(xué)作用裂紋失穩(wěn)瞬間斷裂,整個過程時間與材質(zhì)、應(yīng)力大小、腐蝕速率有關(guān)
c. 裂紋起源于表面腐蝕處,裂紋擴展方向垂直于拉應(yīng)力方向,裂紋一般呈樹枝狀(見d項所示圖)
d. 裂紋的途徑一般有沿晶型、穿晶型和混合型(見下圖所示)
e. 裂紋擴展速度快,裂紋尖端的腐蝕會加快裂紋的擴展
f. 應(yīng)力腐蝕破壞的斷口,其顏色灰暗,表面常有腐蝕產(chǎn)物
g. 一般是脆性斷裂,不會有明顯的塑性變形
h. 純金屬一般不發(fā)生應(yīng)力腐蝕,含雜質(zhì)或者合金的才會發(fā)生
總結(jié):
1. 綜合應(yīng)力及腐蝕的機理,產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕主要有4個方面的因素:環(huán)境、電化學(xué)、力學(xué)、冶金,各因素影響的關(guān)系大致見下圖
2. 預(yù)防措施
a)選材:選用雜質(zhì)少,材質(zhì)均勻,且根據(jù)所使用的環(huán)境和腐蝕介質(zhì)對材質(zhì)做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整
b)消除應(yīng)力:改進結(jié)構(gòu)設(shè)計,減小應(yīng)力集中和避免腐蝕介質(zhì)的積存,通過熱處理、表面噴丸等方法消除殘余應(yīng)力,加工、制造和裝配過程中盡量避免產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力,例如冷卻水路的堵塞處的應(yīng)力腐蝕開裂是模具使用中最為常見的
c)改善介質(zhì)環(huán)境:控制或降低有害的成分;在腐蝕介質(zhì)中加入緩蝕劑;或者通過改變電位、促進成膜、阻止氫或有害物質(zhì)的吸附等,影響電化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)而起到緩蝕作用;改變環(huán)境的敏感