在拉應力和特定腐蝕性環境的共同作用下，金屬中發生的脆性斷裂稱為應力腐蝕開裂或 SCC，發生在鋼、不鏽鋼、鎳基合金、鋁、鈦甚至金等材料上。 這是一種極其微妙的區域性腐蝕形式，通常不會引起注意，因此經常導致災難性事故。 產生應力腐蝕的拉應力可以是工作應力、殘餘應力或使用過程中的熱應力。 在工程中，往往只關注工作應力，而忽略殘餘應力。 殘餘應力在金屬應力腐蝕失效事故中常起重要作用，因此研究殘餘應力對金屬腐蝕開裂的影響具有重要意義。
1.應力腐蝕開裂的特點。
應力腐蝕只能在特定條件下發生。 腐蝕開裂的基本特徵如下：
1）它必須在拉應力的作用下發生。在壓應力下不會發生應力腐蝕。 當存在多向應力時，就會發生應力腐蝕，其最大主應力是拉應力。
2）在大多數系統中，都有乙個臨界應力值。當應力低於一定值時不會發生應力腐蝕，一旦超過一定值就會發生應力腐蝕。 一般來說，除不鏽鋼外，金屬中都有臨界應力值。
3）應力腐蝕主要發生在合金中，一般不發生在純金屬中。但是，沒有絕對純金屬，有時引起易斷裂的雜質很少，因此其應力腐蝕不容忽視。 合金的裂紋敏感性是由合金成分中的微偏析引起的，特別是晶界裂紋幾乎都是由微觀組織的晶界偏析引起的。
4）應力腐蝕只發生在特定的腐蝕性介質中。由於材料成分和結構不同，對開裂的敏感性也不同。 例如，低碳鋼在硝酸鹽中的“硝脆”，奧氏體不鏽鋼在氯離子溶液中的“氯脆”，鍋爐鋼在鹼溶液中的“鹼脆性”，黃銅在氨中的“氨脆”。
5）鱗狀細胞癌的斷裂形態易碎。
因此，要發生腐蝕開裂，必須具備以下條件：拉伸應力、特定介質和腐蝕敏感金屬。 拉應力和腐蝕的並存是應力腐蝕開裂的必要條件。 當材料在拉應力的作用下，與腐蝕性介質接觸時，在這種條件下，往往在使用一定時間後，出現裂紋並延伸到整個截面和斷裂。 根據拉應力在大量SCC失效事故中的主要統計，殘餘應力佔主導地位。
綜上所述，對於材料來說，如何檢測腐蝕開裂和防止腐蝕破壞，就必須檢測材料的應力腐蝕，而這樣的裝置必須具備：拉伸緩慢、腐蝕介質兩大特點。 如果想知道這種材料在腐蝕性介質下的壽命，那麼該裝置就需要具有腐蝕疲勞試驗的功能。
二、殘餘應力的產生。
在沒有外力載荷的情況下，內部仍然存在的應力稱為殘餘應力。 雖然這種或大或小、拉伸或壓縮的殘餘應力只產生於很薄的表面層，但它會影響零件的強度、硬度、疲勞強度、耐腐蝕性等，進而影響機械產品的使用壽命。 殘餘應力的本質是由於金屬內部結構的體積變化不均勻，主要有以下三個原因：
1）毛坯製造過程中產生的殘餘應力。
在鑄造、鍛造、焊接和熱處理過程中，由於工件各部位厚度不均勻，冷卻速度和收縮率不一致，以及金相組織轉變過程中的體積變化，毛坯內部會產生殘餘應力。 而且，毛坯的結構越複雜，壁厚越不均勻，散熱條件的差異越大，毛坯內部產生的殘餘應力就越大。
2）冷矯直引起的殘餘應力。
一些剛度低的零件，如細長軸、絲槓和曲軸等，由於加工後不能滿足軸的直線度要求，往往要冷矯直。 矯直方法是在彎曲的相反方向上施加外力，其原理是使工件在與原彎曲方向相反的方向上產生殘餘變形，以補償原來的彎曲誤差。 在冷矯直過程中，由於區域性塑性變形而產生殘餘應力。
3）切削作業產生的殘餘應力。
在機械加工過程中，殘餘應力是由加工表面的塑性變形和金相組織的變化引起的，由於切削力和切削熱的作用。 加工表面的塑性變形發生在表面層的熱膨脹狀態下，當表面層被切割時，表面溫度下降得比內層快，收縮變形比較大，受到母材的阻礙，在工件表面產生殘餘拉應力; 二是刀具在加工表面上的擠壓，使表面金屬被拉長而塑性變形，但受到母材的阻礙，在工件表面產生殘餘壓應力。 此外，切削過程中產生的高溫會引起表層金相組織的變化。 不同的金相組織具有不同的密度，因此表面體積也會發生變化。 其中，馬氏體密度為775g cm3 奧氏體密度為 7968 g cm3，珠光體緻密體為778g cm3}，鐵氧體緻密體為788g/cm3.如果表層的體積膨脹，由於基體的限制，會產生殘餘應力，反之亦然，會產生殘餘拉應力。 磨削淬火鋼時，如果表層產生回火燒傷，馬氏體會轉化為靠近珠光體的索氏體或鈉晶體，體積減小，從而產生殘餘拉應力。 如果表面溫度超過AG並且冷卻充分，則表層將變成二次淬火馬氏體，緻密體會降低，體積會膨脹，因此表層會產生殘餘壓應力，內層會產生殘餘拉應力。 事實上，切削過程中切削熱不高，表面容易產生殘餘壓應力; 磨削過程中溫度較高，表面容易產生殘餘拉應力。
綜上所述，零件經機械製造後，殘餘應力是以上三個方面綜合作用的結果。 分析應根據具體情況進行。 由於工程結構中鑄造、焊接、冷作等工藝產生的大量殘餘應力，殘餘應力對腐蝕開裂的影響開始引起人們的注意。
3.殘餘應力對腐蝕開裂的影響。
零件在使用過程中，工作應力與內部殘餘應力疊加，會導致零件二次變形和殘餘應力的重新分布，在工作溫度、工作介質和殘餘應力的共同作用下，零件的抗應力和開裂能力會大大降低。 按其機理，應力腐蝕主要可分為陽極溶解型和氫致開裂型。 應力腐蝕通常有兩種典型的斷裂模式：一種是沿晶界，稱為晶間斷裂; 另一種是通過晶粒發育，稱為轉晶粒斷裂。 在應力腐蝕開裂中，裂紋擴充套件主要在垂直於最大主應力的方向上進行。 在研究殘餘應力在腐蝕開裂過程中對破壞時間的作用時，從功能上可以把殘餘應力看作是外應力，外應力的作用暫時可以看作是與外應力的作用相同。 其失效的時間通常取決於裂紋的發生及其擴充套件的速度。
1）拉應力對腐蝕開裂的影響。
拉應力是應力腐蝕開裂的必要條件之一。 拉應力作用下的裂紋擴充套件速率問題在應力腐蝕開裂中很重要。 圖 1 顯示了試樣在腐蝕性介質中無殘餘應力的應力-壽命曲線。 實驗表明，各種材料的關係曲線大致平行，拉應力高時使用壽命短。 拉應力的作用是加速裂紋的形成。 應力越大，越容易發生應力腐蝕失效。
2）殘餘應力對腐蝕開裂的影響。
表面殘餘應力對於控制裂紋萌生通常至關重要。 在應力方面，區域性拉應力在裂紋尖端引起區域性應變，使保護膜破裂。 區域性應力一般是外應力和殘餘應力的總和。 當應力低於一定值時，不會發生應力腐蝕，一旦超過該值，就會發生應力腐蝕，即臨界應力值。 一般來說，除不鏽鋼外，金屬中都有臨界應力值。 由於殘餘應力可能超過載荷應力，因此在輕載荷時也會發生開裂。 應力腐蝕通常是由焊接過程中的塑性變形和高殘餘拉應力引起的。 圖 2 顯示了具有實際殘餘應力的試樣的應力腐蝕試驗。 對鋁合金試樣進行各種處理，使其具有不同效能的殘餘應力，並施加彎曲應力進行腐蝕實驗，並得到實際殘餘應力時的應力-壽命曲線。 這種殘餘應力差異的影響在應力腐蝕開裂實驗中是顯而易見的。
3）裂紋擴充套件過程中的應力分布。
現在讓我們來看看裂縫生長時的狀態。 實際情況幾乎總是處於殘餘應力加上外應力的狀態。 對於裂紋擴充套件，施加應力的狀態非常重要，應考慮表層殘餘應力的大小、方向和分布。 圖3顯示了裂紋擴充套件過程中的應力分布，c表示裂紋。 如果只有殘餘應力，當膨脹裂紋尖端的拉應力約為屈服應力的30時，裂紋將停止擴充套件。 在外應力的情況下，裂紋尖端受到外拉應力的作用，由於缺口效應，往往會產生較大的應力。 裂紋深度越大，裂紋尖端的應力越大，進一步加速裂紋擴充套件。 如果應力狀態是殘餘應力，則它通常會在橫截面內保持自身的平衡。 在外應力的情況下，截面中的應力由外力平衡。 當存在外部應力時，殘餘應力的分布會發生很大變化，這就是它影響裂紋擴充套件的方式。 可以檢測殘餘應力的變化、裂紋的發生及其擴充套件。
四、結論。 表層的應力狀態對零件的耐腐蝕性影響很大。 當殘餘應力與外應力疊加時，它可能成為適合應力腐蝕開裂的狀態，也可能相反。 就殘餘應力的有效性而言，如果與腐蝕性介質接觸的零件存在壓縮殘餘應力，則有助於密封表層中的微裂紋，提高表面的耐腐蝕性。 當零件的表層存在殘餘拉應力時，有利於腐蝕裂紋的發展，降低表面的耐腐蝕性。 一般認為，殘餘應力水平高使裝置中的綜合應力水平達到開裂閾值，是裝置應力腐蝕開裂的重要應力因素。 在從零件製造到焊接裝配的過程中，控制殘餘應力的產生是防止應力腐蝕開裂的有效措施。
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