7.應(yīng)力腐蝕電化學(xué)方法省公開(kāi)課金獎(jiǎng)全國(guó)賽課一等獎(jiǎng)微課獲獎(jiǎng)?wù)n件

2024/5/81第七章應(yīng)力作用下腐蝕7.1應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂（StressCorrosionCracking,SCC）金屬材料在固定拉應(yīng)力作用下在特定介質(zhì)中發(fā)生脆性斷裂。災(zāi)難性腐蝕，造成橋梁，輪船，鍋爐，液化氣罐突然斷裂和爆炸，飛機(jī)失事，反應(yīng)堆泄漏等。是危害性最大腐蝕形式。7.1.1應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂特征（1）應(yīng)力腐蝕斷裂必須同時(shí)具備三個(gè)條件：敏感金屬材料+足夠大拉應(yīng)力+特定腐蝕介質(zhì)。腐蝕和力學(xué)協(xié)同作用；黃銅氨脆“季裂”——黃銅彈殼在熱帶雨季發(fā)生腐蝕裂紋原因是環(huán)境有機(jī)物分解產(chǎn)生氨，黃銅彈殼存在內(nèi)應(yīng)力，可用退火去除內(nèi)應(yīng)力防止SCC。鍋爐鋼“堿脆”；低碳鋼在硝酸鹽中“硝脆”；高強(qiáng)鋁合金，奧氏體不銹鋼在氯離子中“氯脆”；鈦合金在甲醇溶液中“甲醇脆”等。（2）發(fā)生應(yīng)力腐蝕斷裂主要是合金，純金屬不發(fā)生。幾乎全部金屬合金都有一定應(yīng)力腐蝕敏感性。99.99%銅在氨水中不會(huì)腐蝕，但含有0.04%P則發(fā)生開(kāi)裂。1/522024/5/8217-4pHStainlessSteelH2SSSCCracks

H2SSSCCracksina17-4pHstainlesssteelstudfromanO&GWirelineValveManifoldAssembly2/522024/5/83ChlorideStressCorrosionCrackingPhotographChloridestresscorrosioncracking(SCC)onthecoolingwatersideofa316Lstainlesssteelexchangertube.Thecoolingwatercontainedapproximately400ppmchlorideshadbeenblockedinwiththe350Fshellsideprocessstillflowing.Theblackstringersaresulfideinclusions.100X3/522024/5/84極少許腐蝕介質(zhì)也會(huì)造成應(yīng)力腐蝕?？諝庵猩僭S聞不到氨也會(huì)造成氨脆；奧氏體不銹鋼在還有幾個(gè)ppm氯離子高純水中就會(huì)出現(xiàn)SCC。液態(tài)N2O4中含有痕量O2會(huì)使鈦合金貯罐開(kāi)裂。（3）特定合金只有在特定腐蝕環(huán)境中才能發(fā)生SCC。4/522024/5/85（4）只有拉應(yīng)力能引發(fā)SCC。拉應(yīng)力越大，斷裂時(shí)間越短。應(yīng)力腐蝕裂紋方向與應(yīng)力方向垂直。（5）SCC是經(jīng)典低應(yīng)力滯后斷裂。三階段：①裂紋孕育期（裂紋萌生階段），占90%時(shí)間；②裂紋擴(kuò)展期；③快速斷裂期；整個(gè)斷裂時(shí)間從幾分鐘到幾年，與材料，環(huán)境和應(yīng)力相關(guān)。（6）應(yīng)力腐蝕裂紋形態(tài)：晶間型（裂紋沿晶界擴(kuò)展），穿晶型（裂紋穿越晶粒擴(kuò)展）和混合型。（7）應(yīng)力腐蝕斷裂斷口呈脆性斷裂形貌，微觀上無(wú)塑性形變痕跡。SCC破裂速度在0.001~0.3cm/h，遠(yuǎn)大于無(wú)應(yīng)力單純腐蝕速度，但又小于單純應(yīng)力作用下斷裂速度，表達(dá)了腐蝕與力學(xué)協(xié)同交互作用。5/522024/5/867.1.2應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂機(jī)理Pakins匯總十幾個(gè)應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂機(jī)理，提出應(yīng)力腐蝕譜觀點(diǎn)，把SCC機(jī)理該括為三大類(lèi)：預(yù)存在活化路徑機(jī)理（沿晶界選擇溶解機(jī)理）；金屬塑性變形產(chǎn)生活化路徑（膜破裂機(jī)理，滑移-溶解-斷裂機(jī)理）有害離子或原子特征吸附機(jī)理（應(yīng)力吸附機(jī)理，氫脆機(jī)理）6/52應(yīng)力腐蝕譜

晶間腐蝕←腐蝕為主應(yīng)力為主→

脆性斷裂碳鋼Al-Zn-Mg低合金鋼黃銅奧氏體不銹鋼MMg-Al鈦合金高強(qiáng)度鋼在NO3-中在Cl-中在NH4+中在Cl-中在Cl-中在Cr2O7-Cl-中在甲醇中在H2O中硝脆氯脆氨脆氯脆氯脆氯脆甲醇脆氫脆已存在活化路徑機(jī)理（沿晶界選擇溶解機(jī)理）應(yīng)變產(chǎn)生活化路徑（膜破裂機(jī)理，滑移-溶解-斷裂機(jī)理）三向應(yīng)力區(qū)特殊吸附（應(yīng)力吸附機(jī)理，氫脆機(jī)理）控制原因能夠從一端向另一端轉(zhuǎn)變；譜中三種機(jī)理隨合金結(jié)構(gòu)，介質(zhì)而改變。7/522024/5/88造成應(yīng)力腐蝕斷裂原因異常復(fù)雜，主要三種理論：陽(yáng)極溶解機(jī)理，氫致開(kāi)裂機(jī)理和陽(yáng)極溶解和氫致開(kāi)裂共同作用機(jī)理。應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂過(guò)程中，陽(yáng)極極化裂紋加速，陰極極化，裂紋抑制，表明破壞過(guò)程與電化學(xué)過(guò)程親密相關(guān)。組織結(jié)構(gòu)存在電化學(xué)不均勻性，存在缺點(diǎn)性活性中心，成為裂紋源。裂紋源在特定介質(zhì)中（Cl-）和拉應(yīng)力聯(lián)合作用下，產(chǎn)生滑移階梯拉破表面膜，暴露新鮮金屬成為小陽(yáng)極被快速腐蝕；蝕坑沿滑移線與拉應(yīng)力垂直方向發(fā)展為微觀裂紋。發(fā)展孕育期。裂紋尖端含有動(dòng)力陽(yáng)極作用：裂紋尖端應(yīng)力高度集中，使尖端附近區(qū)域快速變形屈服→造成滑移臺(tái)階再現(xiàn)→表面膜再次拉斷破壞→尖端再次加速溶解，形成自加速過(guò)程，使裂紋縱深發(fā)展，直至材料斷裂。8/522024/5/89陽(yáng)極溶解為主機(jī)理：金屬材料在靜拉應(yīng)力與腐蝕介質(zhì)共同作用下，因?yàn)榱鸭y尖端區(qū)陽(yáng)極溶解過(guò)程控制引發(fā)脆斷（APC-SCC）。低碳鋼，鋁合金，和銅合金SCC；奧氏體不銹鋼，高鋅黃銅。9/522024/5/810氫脆機(jī)理：金屬材料在拉應(yīng)力與腐蝕介質(zhì)共同作用下，因?yàn)闅溥€原反應(yīng)產(chǎn)生氫原子擴(kuò)散到裂紋尖端金屬內(nèi)部引發(fā)并控制脆斷（HE-SCC）。高強(qiáng)度鋼在雨水，海水中SCC，鈦合金在海水中SCC鋼硫化氫SCC。共同作用機(jī)理：陽(yáng)極溶解和析氫都對(duì)SCC有影響。如鈦合金，不銹鋼，鋁合金，鎳合金等SCC。電化學(xué)極化對(duì)斷裂時(shí)間tf影響評(píng)價(jià)SCC機(jī)理.10/52

（a）開(kāi)路HE，極化SCC停頓；（b）開(kāi)路APC-SCC，陰極極化停頓；（c）和（d）極化方向不一樣兩種SCC都可能，但（d）有安全區(qū)；（e）開(kāi)路不能斷定；（f）開(kāi)路HE-SCC；（g）有安全區(qū)；（h）極化無(wú)影響可能都起作用，也可能都不起作用。應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂機(jī)理電化學(xué)研究方法11/522024/5/8127.1.3影響應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂原因7.1.3.1應(yīng)力原因應(yīng)力種類(lèi)：工作應(yīng)力（載荷）；殘余應(yīng)力（冷軋，機(jī)械加工）；熱應(yīng)力（焊接，熱處理）；結(jié)構(gòu)應(yīng)力（裝配）。拉應(yīng)力作用在于使金屬發(fā)生滑移和裂紋擴(kuò)展，破壞腐蝕產(chǎn)物層，促進(jìn)局部腐蝕。7.3.1.2介質(zhì)環(huán)境原因（1）特殊離子極其濃度影響：只有特定合金-環(huán)境體系中才能發(fā)生SCC：黃銅+氨溶液；奧氏體不銹鋼+氯離子溶液；碳鋼+OH-離子溶液。氧濃度，氯離子濃度影響。（2）溫度影響：高于臨界溫度才能發(fā)生SCC。（3）溶液pH值：不一樣體系影響不一樣：不銹鋼：6~7最敏感，pH值增加減緩SCC。（4）界面電位狀態(tài)：SCC只能在一定電位范圍才能夠發(fā)生。合金陽(yáng)極極化曲線三個(gè)對(duì)SCC敏感鈍化膜不穩(wěn)定過(guò)渡區(qū)：活化-陰極保護(hù)過(guò)渡區(qū)；活化-鈍化過(guò)渡區(qū)；鈍化-過(guò)鈍化過(guò)渡區(qū)。12/522024/5/81313/522024/5/8147.3.1.3合金成份原因：合金成份改變會(huì)影響結(jié)構(gòu)，表面膜，化學(xué)和電化學(xué)性能。奧氏體不銹鋼：Ni含量=10%時(shí)對(duì)SCC最敏感；>45%時(shí)不發(fā)生SCC；含Ni10%不銹鋼：Cr含量5~12%無(wú)SCC；12~25%SCC敏感性增大；增加鐵素體能夠抑制SCC，開(kāi)發(fā)耐SCC雙相鋼。18-8不銹鋼：含0.12%C時(shí)，SCC最敏感；2%以上C含有免疫力；加入N，P，As，Sb，Bi增加SCC敏感性；加入Si，Co有利抗SCC；鈦合金：降低含氧量和Al含量，加入Nb，Ta，V有利于抗SCC；鋁合金：加入少許Cr，Mn，Zr，Ti，V，Ni能降低SCC敏感性；黃銅：加入少許Fe，Sn，Mn，Si，Al，Cd，Pb增加SCC敏感性；面心立方奧氏體不銹鋼：在低應(yīng)力下易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕；體心立方鐵素體不銹鋼：滑移系多，輕易產(chǎn)生交織滑移，難以出現(xiàn)大滑移臺(tái)階，難以發(fā)生應(yīng)力腐蝕。14/522024/5/8157.1.4應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂控制方法7.1.4.1降低和消除應(yīng)力：降低設(shè)計(jì)應(yīng)力；防止局部應(yīng)力集中；熱處理退火消除殘余應(yīng)力；噴砂，錘擊機(jī)械方法消除內(nèi)應(yīng)力7.1.4.2控制環(huán)境：除去危害性大介質(zhì)成份（水中氧，氯離子）7.1.4.3改進(jìn)材質(zhì)：介質(zhì)和工作條件確定后，選材是控制SCC主要步驟?？筍CC材料——不銹鋼：高鎳奧氏體鋼，高純奧氏體鋼，雙相不銹鋼，高純高鉻鐵素體鋼。鋁合金：包鋁LD10，包鋁LY12，LF21，ZL101。鈦合金：Ti-10V-2Fe-3Al，Ti-2Al-4Mo-4Zr。冶金降低材質(zhì)中雜質(zhì)，提升純度，采取合理熱處理制度，改進(jìn)合金組織結(jié)構(gòu)，有利于防止SCC。15/522024/5/8167.2氫損傷（HydrogenInducedCorrosion）氫存在和與氫反應(yīng)引發(fā)材料性能變壞。7.2.1氫損傷特征：（1）使材料韌性和塑性性能下降。氫鼓泡：氫進(jìn)入金屬內(nèi)部使金屬局部變形，結(jié)構(gòu)破壞；氫脆：氫進(jìn)入造成韌性和抗拉強(qiáng)度下降；脫碳（高溫腐蝕）：高溫氫與鋼表面滲碳體作用，造成鋼抗拉強(qiáng)度下降；氫腐蝕（高溫腐蝕）：高溫下合金中組分與氫反應(yīng)，如含氧銅在氫作用下碎裂。（2）氫起源內(nèi)氫：冶煉，鑄造，酸洗，電鍍等工藝過(guò)程引入氫；外氫：氫氣和含氫介質(zhì)在金屬表面產(chǎn)生活性氫原子；氫在金屬中主要富集在應(yīng)力集中位錯(cuò)，裂紋尖端并向拉應(yīng)力集中處擴(kuò)散和富集。（3）氫損傷和SCC區(qū)分：SCC陽(yáng)極溶解，裂紋尖端發(fā)展，陰極極化控制SCC；氫損傷是吸收氫原子造成脆性產(chǎn)生和發(fā)展，陽(yáng)極極化控制氫損傷；極化方向影響能夠判斷斷裂機(jī)理。16/522024/5/817

FastenerHydrogenEmbrittlementFractureSurfaceHydrogenembrittlementfracturesurfaceofaboltshowingmultipleinitiationsites.Thefastenerwasoneofeightbodyboltsinahighpressurepumpthatfailedafteryearsinatmosphericservice17/522024/5/818Nomarskiintereferencecontrastphotographofthemicrostructureofa17-4PHstainlesssteelsleevebearingoverlayedwithsinteredtungstencarbide.Ahydrogenembrittlementcrackhasinitiatedattheoverlay/basemetalinterface.Amechanicalcrackintheoverlaypermittedaccessofacorrosivedownholeenvironmenttothe17-4PHstainlesssteelbasemetal.Vilellla'setch.(~65X)HydrogenEmbrittlementCrackingof17-4StainlessSteel18/522024/5/819

HydrogenEmbrittlementofValveCapscrewFastenersBodycapscrewsfromaballvalveshowinghydrogenembrittlementfracture.Exposedtoatmosphericconditionsinagulfcoastenvironment,theycorrodedandfractured,separatingthevalvebody.Theleftcapscrewfracturedduetohydrogenembrittlementcrackingthroughthecompletecrosssection.Therightcapscrewinitiallyfracturedduetohydrogenembrittlementthenpropagatedduetotensileoverload.Bothfracturesstartedatthebottomofthephotograph.19/522024/5/8207.2.2氫損傷機(jī)理7.2.2.1氫脆機(jī)理（HE）：氫脆—?dú)鋽U(kuò)散到金屬中以固溶態(tài)存在或生成氫化物造成材料斷裂。（1）

原子氫與位錯(cuò)交互作用機(jī)理：氫原子存在于點(diǎn)陣空隙處，在應(yīng)力作用下，氫原子向缺點(diǎn)或裂紋前緣應(yīng)力集中區(qū)擴(kuò)散，阻止該區(qū)域位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，造成局部加工硬化，提升了金屬抗塑性變形能力。在外力作用下，能量只能經(jīng)過(guò)裂紋擴(kuò)展釋放，加速了裂紋擴(kuò)展。（2）

氫壓理論：當(dāng)點(diǎn)陣中氫超出固溶度時(shí)，金屬中過(guò)飽和一部分氫會(huì)在晶界，孔洞等缺點(diǎn)區(qū)析出，結(jié)合為氫分子，產(chǎn)生很高氫氣壓造成裂紋和脆性開(kāi)裂。20/52（3）

氫化物形成理論：金屬與合金中一些元素與氫反應(yīng)生成氫化物，造成延展性和韌性下降，造成脆性開(kāi)裂。（4）點(diǎn)陣脆化理論：氫原子電子進(jìn)入未添滿過(guò)渡元素3d電子層，增加了電子密度和原子間斥力，降低了點(diǎn)陣間結(jié)協(xié)力，使金屬變脆。（5）氫表面吸附降低金屬表面能理論：在腐蝕環(huán)境下，引發(fā)斷裂熱力學(xué)條件符合機(jī)械功+化學(xué)功=2×斷裂表面能+塑性變形能氫擴(kuò)散至微裂紋表面吸附后，降低了斷裂表面能，使破壞應(yīng)力機(jī)械功下降。2024/5/82121/522024/5/8227.2.2.2氫鼓泡機(jī)理（HIC，HB）過(guò)飽和氫原子在夾雜孔穴等缺點(diǎn)位置析出后，形成氫分子，在局部區(qū)域造成高氫壓，引發(fā)表面鼓泡或形成內(nèi)部裂紋，使材料開(kāi)裂。7.2.2.3氫腐蝕（脫碳）機(jī)理（HC）：在高溫（200C以上）高壓條件下，氫進(jìn)入金屬，與合金組分形成氫化物，造成合金強(qiáng)度下降和沿晶界開(kāi)裂現(xiàn)象。22/522024/5/8237.2.3影響氫損傷原因7.2.3.1氫含量：氫濃度增加，鋼臨界應(yīng)力下降，延伸率降低，敏感性增加。烘烤除氫后，臨界應(yīng)力升高，敏感性下降。鋼吸附氧能力比氫強(qiáng)，能夠阻止氫吸附，少許氧能夠抑制氫損傷。7.2.3.2溫度：氫脆溫度范圍為-30~+30C；溫度過(guò)高，氫擴(kuò)散加緊，鋼中氫含量降低；溫度過(guò)低，氫擴(kuò)散速度降低，氫脆敏感性降低。23/527.2.3.3溶液pH值：酸性環(huán)境有利于氫脆發(fā)生；pH>9時(shí)無(wú)氫脆發(fā)生。7.2.3.4應(yīng)變速率：應(yīng)變速率必須與氫擴(kuò)散速度匹配，使氫有足夠時(shí)間擴(kuò)散和裂紋區(qū)域富集到臨界濃度。所以，氫損傷只能在一定應(yīng)變速率下發(fā)生7.2.3.5合金成份：Cr，Mo，W，Ti，V，Nb等碳化物形成元素能夠細(xì)化晶粒，提升韌性，降低氫損傷敏感性。Mn能夠降低應(yīng)力腐蝕斷裂臨界強(qiáng)度因子，能夠增加敏感性。2024/5/82424/522024/5/8257.2.4氫損傷控制7.2.4.1預(yù)防氫脆辦法（1）選取耐氫脆合金：合金中加入Ni，Mo降低氫損傷敏感性；加入Cr，Al，Mo能在鋼表面形成致密保護(hù)膜，抑制氫擴(kuò)散；加入Pt，Pd，Cu等低析氫過(guò)電位金屬可使吸附氫原子形成氫分子逸出；加入Ti，B，V，Nb等碳化物穩(wěn)定元素，減低CH4形成；含Cu鋼能夠在含有H2S介質(zhì)中形成致密Cu2S，降低氫誘發(fā)開(kāi)裂傾向；將敏感馬氏體結(jié)構(gòu)改造為珠光體結(jié)構(gòu)，降低敏感性。25/522024/5/826（2）

減小內(nèi)氫辦法：改變工藝條件，降低帶入氫數(shù)量。采取真空冶煉，雙真空重熔，真空脫氣，真空澆注等冶金新工藝提升材質(zhì)，防止帶入氫，改進(jìn)高強(qiáng)鋼滯后斷裂敏感性；采取低氫焊條干燥無(wú)水焊接；采取低氫脆電鍍工藝，提升電流效率，降低氫析出；采取Cd-Ti合金電鍍，離子鍍和真空鍍技術(shù)；采取合理緩蝕劑進(jìn)行酸洗；高析氫過(guò)電位微量錫能阻止原子氫生成和進(jìn)入金屬；可逆氫形成氫脆可采取高溫處理除氫。但不可逆氫不能采取，防止氫腐蝕。26/522024/5/827（3）

控制外氫進(jìn)入：建立障礙和降低外氫活性等辦法造成氫直接障礙：在基體上施加低氫擴(kuò)散和低氫溶解度涂層，Cu，Mo，Al，Ag，Au，W等金屬鍍層和有機(jī)涂層；熱處理形成致密氧化膜，噴砂，噴丸形成壓應(yīng)力層；造成氫間接障礙：加入合金元素延緩腐蝕反應(yīng)，生成含有抑制氫滲透作用產(chǎn)物。Cu在含有H2S介質(zhì)中形成致密Cu2S，降低氫誘發(fā)開(kāi)裂傾向。降低外氫活性：在氣相H2S和H2氣中，加入0.6%~0.8%氧抑制裂紋擴(kuò)展。27/522024/5/8287.2.4.2預(yù)防氫鼓炮（1）用鎮(zhèn)靜鋼：與沸騰鋼相比不存在缺點(diǎn)；（2）使用涂層：采取抑制氫滲透和腐蝕涂層；Ni，橡膠，塑料，磚襯；（3）

使用緩蝕劑：降低腐蝕和氫離子還原速度；（4）

排除有害物質(zhì)：排除能夠阻止氫原子結(jié)合為氫分子硫化物，砷化物，氰化物和含磷離子；氫鼓炮極少發(fā)生在純酸腐蝕體系，而經(jīng)常發(fā)生在石油生產(chǎn)流體中；（5）代用合金：鎳鋼和鎳基合金含有很低氫擴(kuò)散速率。28/52氫在金屬中擴(kuò)散過(guò)程電化學(xué)研究方法II區(qū)：陰極過(guò)程 H++eHads；I區(qū)：陽(yáng)極過(guò)程

HH++e；陽(yáng)極電流比值：據(jù)式計(jì)算值和氫在該金屬中擴(kuò)散系數(shù)D，并深入計(jì)算金屬表面（x=0）氫原子濃度。29/522024/5/830金屬材料在循環(huán)應(yīng)力（張應(yīng)力—壓應(yīng)力交替改變）或脈動(dòng)應(yīng)力（交變應(yīng)力和拉伸應(yīng)力疊加）和腐蝕介質(zhì)共同作用下產(chǎn)生脆斷。循環(huán)應(yīng)力：卷?yè)P(yáng)機(jī)，油井轉(zhuǎn)桿，深井泵軸。脈動(dòng)應(yīng)力：鑿巖機(jī)，船舶推進(jìn)器，渦輪機(jī)葉片，汽車(chē)軸，離心機(jī)等。產(chǎn)生腐蝕疲勞金屬：碳鋼，低合金鋼，奧氏體不銹鋼，鎳基合金等；機(jī)械失效80%是由疲勞失效引發(fā)。疲勞受力方式：彎曲疲勞，拉壓疲勞，扭轉(zhuǎn)疲勞，沖擊疲勞，復(fù)合疲勞；接觸情況方式：普通空氣疲勞，腐蝕疲勞，高溫疲勞，接觸疲勞，微動(dòng)磨損疲勞，冷熱循環(huán)熱疲勞。腐蝕疲勞危害大于機(jī)械疲勞。7.3腐蝕疲勞CorrosionFatigue30/522024/5/831CorrosionFatigueCracksinBrassCorrosionfatiguecracksontheI.D.ofaAdmiraltybrassexchangertube.31/522024/5/832CorrosionFatigueCracksInAISI1020SteelInOilAndGasDownholeServiceMultiplecorrosionfatiguecracksattheI.D.ofaAISI1020carbonsteeldownholetool.ThetoolwasrotatingwiththeI.D.exposedtoawaterbaseddrillingfluid.2%NitalEtch,50X32/522024/5/833FatigueFractureOfAGrade8BoltFracturesurfaceofaGrade8boltshowingmultiplerotating-bendingfatigueoriginfeatures.33/522024/5/834Fatiguefractureofacompressorconnectingrod.Thefatiguecrackinitiatedattheleftinthephoograph.(~0.6X)FatigueFractureOfACompressorConnectingRod34/522024/5/8357.3.1特征（1）腐蝕疲勞沒(méi)有疲勞極限：腐蝕疲勞極限——對(duì)指定循環(huán)次數(shù)（N=107）允許應(yīng)力；35/522024/5/836結(jié)構(gòu)材料疲勞極限材料5x107次循環(huán)后疲勞極限/MPa損傷比（腐蝕疲勞極限/疲勞極限）空氣水3%NaCl水3%NaCl低碳鋼

250

140

550.560.223.5%Ni鋼

340

155

1100.460.3215%Cr鋼

380

250

1400.650.360.5%C鋼

376

40

0.1118%Cr-8%Ni不銹鋼

385

355

2500.920.65Al-4.5%Cu合金

145

70

550.480.38Monel合金（70Ni，30%Cu

250

185

1850.740.747.5%Al青銅

230

170

1550.740.67Al-8%Mg合金

140

30

0.21鎳

340

200

1600.590.47腐蝕疲勞比金屬疲勞含有更大危害性。36/522024/5/837

（2）腐蝕疲勞在任何金屬-介質(zhì)組合中都有可能發(fā)生：不要求特定材料-介質(zhì)組合；活化和鈍化區(qū)皆可發(fā)生；

（3）腐蝕疲勞斷面特征：純力學(xué)疲勞斷面光滑，有結(jié)晶形狀；腐蝕疲勞斷面有腐蝕產(chǎn)物和腐蝕蝕坑；37/522024/5/8387.3.2機(jī)理（1）蝕孔應(yīng)力集中理論：電化學(xué)腐蝕蝕坑成為應(yīng)力集中點(diǎn)——拉應(yīng)力滑移變形，產(chǎn)生滑移臺(tái)階，暴露新鮮金屬表面產(chǎn)生溶解——當(dāng)金屬受壓應(yīng)力時(shí)逆向滑移——不能復(fù)原，產(chǎn)生裂紋源——交變應(yīng)力往復(fù)，裂紋不停擴(kuò)展。（2）滑移帶優(yōu)先溶解理論：金屬在交變應(yīng)力作用下產(chǎn)生駐留滑移帶，擠入，擠出處。該處位錯(cuò)密度高，雜質(zhì)在滑移帶沉積，使原子含有較高活性而優(yōu)先溶解腐蝕，造成陽(yáng)極性腐蝕疲勞裂紋形核，在交變應(yīng)力和電化學(xué)協(xié)同作用下，加速裂紋擴(kuò)展。38/522024/5/8397.3.3影響原因

（1）力學(xué)原因：應(yīng)力交變頻率f和應(yīng)力不對(duì)稱(chēng)系數(shù)R（R=

min/

max）影響；只在某一頻率范圍內(nèi)，頻率越低，裂紋擴(kuò)展速率越高；R=1靜拉伸應(yīng)力；R=0純拉振應(yīng)力；R=-1循環(huán)拉應(yīng)力。疲勞加載方式影響：扭轉(zhuǎn)疲勞

旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞

拉壓疲勞；波形影響：正弦波，三角波，正鋸齒波

方波，負(fù)鋸齒波；應(yīng)力集中影響：對(duì)于腐蝕疲勞初始引發(fā)裂紋影響大，隨疲勞次數(shù)增加，影響減弱。39/522024/5/840

（2）

環(huán)境原因：溫度：溫度升高，疲勞極限下降；腐蝕性增強(qiáng)，疲勞極限降低；

pH值：pH值

4，腐蝕疲勞壽命降低；4~10，保持恒定；10，壽命顯著增加；

極化：陰極極化，裂紋擴(kuò)展降低，靠近空氣水平；但析氫后對(duì)高強(qiáng)鋼有害；在氧化性介質(zhì)中陽(yáng)極極化可提升疲勞極限。（3）

材料原因：耐蝕性高，敏感性??；耐蝕性低，敏感性強(qiáng)；不銹鋼耐點(diǎn)蝕性好，敏感性低。40/522024/5/8417.3.4控制方法（1）合理選材：抗點(diǎn)蝕能力高疲勞極限也高；SCC敏感，腐蝕疲勞極限也低；提升金屬抗拉強(qiáng)度對(duì)改進(jìn)疲勞有利，但對(duì)腐蝕疲勞有害，一旦產(chǎn)生裂紋，擴(kuò)展速度更加快。（2）降低應(yīng)力：降低應(yīng)力集中；結(jié)構(gòu)平衡；防止振動(dòng)或共振；消除內(nèi)應(yīng)力；噴丸產(chǎn)生壓應(yīng)力。（3）降低腐蝕辦法：采取涂層，緩蝕劑和電化學(xué)保護(hù)；但要注意控制殘余內(nèi)應(yīng)力和滲氫。41/522024/5/8427.4磨損腐蝕WearCorrosion7.4.1特征腐蝕流體（氣體，液體，含氣泡和顆粒液體）和金屬表面相對(duì)運(yùn)動(dòng)，引發(fā)金屬加速腐蝕破壞；比單純磨損和腐蝕更為嚴(yán)重；彎頭，三通，閥，泵，離心機(jī)，推進(jìn)器，葉輪，冷凝器，加熱器，刀具，磨床。顯示特征腐蝕痕跡；短時(shí)間造成破壞。42/522024/5/8437.4.2磨損腐蝕形式7.4.2.1湍流腐蝕Re=

DV/

；層流：Re2300，對(duì)金屬磨損小。湍流：Re2300，對(duì)金屬磨損大；能擊穿表面靜止邊界液層，加速陰極過(guò)程+流體對(duì)表面切應(yīng)力（r0=（1/2）fV2

，f為摩擦系數(shù)）；高切應(yīng)力能夠剝離表面腐蝕產(chǎn)物層和保護(hù)膜，在氣泡和固體顆粒存在時(shí)增加力矩，增大磨損；金屬不是以粉末形式脫落，而是以離子形式溶解。43/522024/5/844A區(qū)：層流，均勻腐蝕；B區(qū)：湍流，加速陰極過(guò)程；C區(qū)：湍流，切應(yīng)力能除去氧化膜，裸區(qū)與膜區(qū)組成電偶腐蝕而加速腐蝕；D區(qū)：湍流，剝除氧化膜面積增大，電偶腐蝕減輕；E