什么是应力腐蚀？应力腐蚀发生的条件

金属材料作为一种人类赖以生存和发展的物质基础，它的腐蚀每年都给人类社会带来了巨大的财产损失，也造成了大量的腐蚀失效事故。腐蚀失效有多种形式，据相关统计，应力腐蚀引起的金属材料失效所占比例是最大的。

应力腐蚀开裂是一种“灾难性的腐蚀”，跟应力腐蚀有关的桥梁坍塌，飞机失事，油罐爆炸，管道泄漏等都曾给人类带来巨大的生命和财产损失。

应力腐蚀  

金属材料在各种环境中服役时，即使无载荷也会发生腐蚀，导致失重，当存在应力时，在特定环境中的腐蚀会引起裂纹形核扩展，导致滞后开裂，称为应力腐蚀。

应力腐蚀开裂(SCC)与单纯应力引起的开裂不同，它在很低的负载应力下也可以发生开裂;它与单纯的腐蚀也不同，即使腐蚀性很弱的介质也能引起应力腐蚀开裂。

应力腐蚀开裂是一种“阴险”的腐蚀形式，它会产生显著的机械强度降低，但金属损失量很小。损坏不明显以至于偶然检查很难发现，应力腐蚀裂纹可以触发机械快速断裂甚至组件和结构的灾难性失效。

在应力腐蚀过程中，若有微裂纹形成，其扩展速度比其他类型的局部腐蚀速度要快几个数量级。

应力腐蚀发生的条件  

应力腐蚀开裂的发生需要同时满足三个必要条件：

a) 敏感材料。俗话说，苍蝇不叮无缝的鸡蛋，要生发生应力腐蚀开裂，首先得是具备敏感性的材料。材料具有敏感性给我们的提示是，在一些可能发生应力腐蚀开裂的工况环境，选材要慎重。如304等奥氏体不锈钢在含有氯的环境服役，应力腐蚀开裂是尤其应该注意的问题。奥氏体不锈钢是面心立方金属，面心立方金属尤其容易发生应力腐蚀开裂，这是晶体结构决定的。

b) 容易引起应力腐蚀开裂的环境。即使材料敏感，没有导致应力腐蚀开裂的介质也是不会发生应力腐蚀开裂的，它好比硬币的A/B面。环境介质也是应力腐蚀开裂的重要条件。

c) 足够的拉应力。通常认为静态拉应力是导致应力腐蚀开裂的必要条件。有人会问，那要是交变载荷呢?我认为可能要归于腐蚀疲劳了。为什么说发生应力腐蚀开裂需要足够的静态拉应力呢?因为它需要满足腐蚀状态下的临界应力强度因子KISCC。

我们一起来看看，其开裂过程

应力腐蚀裂纹特征  

裂纹形态主要包括以下几个方面：

1、裂纹通常起源于金属表面。裂纹走向呈“树枝状”，树干为主裂纹，沿收敛方向指向裂纹源

2、裂纹扩展可能是穿晶的、也可能是沿晶的、还可能是混合型的;断口表面常有腐蚀产物

3、穿晶扩展断口多半呈解理、准解理，有时混有沿晶或韧窝

4、沿晶扩展断口呈冰糖状，有时也混有少量准解理或沿晶、韧窝

不同合金腐蚀介质表

  案例展示  

下面我们来看一个实际案例：

某气体机进行缸盖密封性水压试验时，出现漏水问题，拆检后发现火花塞衬套开裂。衬套材料是铸造黄铜ZCuZn38(H62)，为工业上广泛使用的有色金属合金。工艺流程是：铸造铜棒→热压力加工→机械加工→装试。

仔细观察衬套，发现表面有两条裂纹，从衬套台肩沿轴向向下延伸，裂纹较平直，近乎平行，向台肩内侧延伸并逐渐变窄。

随后利用金相显微镜进行金相检验，可见断口显示为脆性断裂。沿轴向研磨、抛光、腐蚀，观察裂纹及金相组织情况，裂纹呈不规则连续状，有分叉、尾部较尖锐呈树枝状，与应力腐蚀裂纹的典型特征相吻合。

之后进行应力检测。经测，衬套台肩上方外壁与倒角外壁处和细颈内表面的拉应力较大，与实际裂纹起源位置一致。结合衬套的工作环境，该衬套在机械加工过程中，与刀具频繁接触、受力，尺寸发生变化，必然产生一定数量的残余应力;数控机床精加工使用的切削液含有S、卤族元素等添加剂，使得衬套在一定时间内处在潮湿、腐蚀环境中。由此可推测出结论：衬套裂纹机制为应力腐蚀沿晶脆性开裂。

应力腐蚀预防措施  

最后，说一说应力腐蚀的预防措施。一般情况，可以从三方面进行预防：

①　选材：根据所使用的环境和腐蚀介质选择合适的材料。

②　消除应力：改进结构设计，减小应力集中和避免腐蚀介质的积存，尽量避免产生较大的残余应力。

③　改善介质环境：控制或降低介质中有害的成分;在腐蚀介质中加入缓蚀剂;通过改变电位、促进成膜、阻止氢或有害物质的吸附等，影响电化学反应动力学而起到缓蚀作用;改变环境的敏感性。

审核编辑：刘清