零件在腐蝕和應力聯(lián)合作用時,在低于材料強度極限的情況下,發(fā)生脆性開裂現(xiàn)象,稱為應力腐蝕開裂。
1. 應力腐蝕開裂特征
應力腐蝕開裂與單純機械應力造成的開裂不同,它在應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中也能發(fā)生應力腐蝕開裂。
應力腐蝕開裂一般發(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
應力腐蝕開裂的發(fā)生條件一是應力,二是腐蝕。
零部件在生產(chǎn)、制造過程中不可避免地產(chǎn)生應力,如鑄造應力、冷變形應力、焊接應力、機械加工應力、熱處理應力,還有零部件在工作狀態(tài)下所受的工作應力,以及由于溫度梯度產(chǎn)生的熱應力等。這些應力都可能成為應力腐蝕開裂的應力因素。
腐蝕介質中含有對發(fā)生應力腐蝕開裂有特效作用的離子、分子時,會導致應力腐蝕開裂。對不銹鋼來說,引起應力腐蝕開裂的介質包括含Cl-、F、Br-及H2S、NaOH、飽和SO2等水溶液介質,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的材料,對抵抗應力腐蝕開裂更具有優(yōu)越性。
3. 應力腐蝕開裂試驗方法
我國對于金屬材料在不同腐蝕介質中的應力腐蝕開裂試驗有多種。對不銹鋼來說,較常用的有GB/T 17898《不銹鋼在沸騰氯化鎂溶液中應力腐蝕試驗方法》。
這個標準又分為恒負荷拉伸試驗和U形彎曲試驗兩種方法。
恒負荷拉伸試驗是將試樣在承受拉應力的狀態(tài)下,放入沸騰的(約143℃)42%氯化鎂溶液中,觀察試樣的斷裂時間。當然,在同樣拉力條件下,不斷裂時間長者或斷裂時間相同,而承受拉力大者為好。
U形彎曲試驗是將規(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?shù)膴A具將兩臂間的寬度壓縮5mm以施加應力,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)生裂紋的時間。當然,時間長者為好。
在GB/T 17898中,對試樣制備方法、規(guī)格、施加應力方法、腐蝕液的配制及試驗方法都有明確的規(guī)定。