零件在腐蝕和應(yīng)力聯(lián)合作用時(shí),在低于材料強(qiáng)度極限的情況下,發(fā)生脆性開裂現(xiàn)象,稱為應(yīng)力腐蝕開裂。
1. 應(yīng)力腐蝕開裂特征
應(yīng)力腐蝕開裂與單純機(jī)械應(yīng)力造成的開裂不同,它在應(yīng)力極低的條件下也能產(chǎn)生開裂;與單純的腐蝕引起的開裂也不同,即使在極弱的腐蝕介質(zhì)中也能發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂。
應(yīng)力腐蝕開裂一般發(fā)生在零件的局部區(qū)域,裂紋數(shù)量不多,裂紋深度很深,寬度較窄,裂紋方向基本與應(yīng)力方向垂直。在顯微鏡下,裂紋有沿晶裂紋,也有穿晶裂紋。
2. 影響因素
應(yīng)力腐蝕開裂的發(fā)生條件一是應(yīng)力,二是腐蝕。
零部件在生產(chǎn)、制造過程中不可避免地產(chǎn)生應(yīng)力,如鑄造應(yīng)力、冷變形應(yīng)力、焊接應(yīng)力、機(jī)械加工應(yīng)力、熱處理應(yīng)力,還有零部件在工作狀態(tài)下所受的工作應(yīng)力,以及由于溫度梯度產(chǎn)生的熱應(yīng)力等。這些應(yīng)力都可能成為應(yīng)力腐蝕開裂的應(yīng)力因素。
腐蝕介質(zhì)中含有對(duì)發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂有特效作用的離子、分子時(shí),會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕開裂。對(duì)不銹鋼來說,引起應(yīng)力腐蝕開裂的介質(zhì)包括含Cl-、F、Br-及H2S、NaOH、飽和SO2等水溶液介質(zhì),如酸性氯化物溶液、海水、高溫堿、硝酸、硫酸、鹽酸,含氯化物的冷凝水、高溫水等。
對(duì)于材料而言,表面有穩(wěn)定的鈍化膜并在受破壞后能迅速修復(fù)的材料,對(duì)抵抗應(yīng)力腐蝕開裂更具有優(yōu)越性。
3. 應(yīng)力腐蝕開裂試驗(yàn)方法
我國對(duì)于金屬材料在不同腐蝕介質(zhì)中的應(yīng)力腐蝕開裂試驗(yàn)有多種。對(duì)不銹鋼來說,較常用的有GB/T 17898《不銹鋼在沸騰氯化鎂溶液中應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)方法》。
這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)又分為恒負(fù)荷拉伸試驗(yàn)和U形彎曲試驗(yàn)兩種方法。
恒負(fù)荷拉伸試驗(yàn)是將試樣在承受拉應(yīng)力的狀態(tài)下,放入沸騰的(約143℃)42%氯化鎂溶液中,觀察試樣的斷裂時(shí)間。當(dāng)然,在同樣拉力條件下,不斷裂時(shí)間長者或斷裂時(shí)間相同,而承受拉力大者為好。
U形彎曲試驗(yàn)是將規(guī)定厚度的試樣,先用半徑為8mm的壓頭在滾柱壓模上彎曲成兩臂平行的U形,再用適當(dāng)?shù)膴A具將兩臂間的寬度壓縮5mm以施加應(yīng)力,然后將試樣放入沸騰的(約143℃)42%氯化鎂溶液中,觀察開始發(fā)生裂紋的時(shí)間。當(dāng)然,時(shí)間長者為好。
在GB/T 17898中,對(duì)試樣制備方法、規(guī)格、施加應(yīng)力方法、腐蝕液的配制及試驗(yàn)方法都有明確的規(guī)定。