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应力腐蚀弹簧破裂影响寿命的原因

应力腐蚀弹簧破裂影响寿命的原因
  应力腐蚀弹簧破裂影响寿命的原因
  
  关于应力腐蚀弹簧破裂的原因,人们从金属物理和金属化学、断裂力学的角度,针对某些特殊应力腐蚀现象提出了许多理论,每种理论都可以说明一定的现象和规律,但没有一种理论可以说明各种应力腐蚀弹簧破裂规律,所以,关于应力腐蚀弹簧破裂原因的理论只能是一个系统,应该说这一系统还很不完善,需作大量的研究工作,这里仅就较为流行的独立的理论作简单介绍。
  
  1、表面保护膜弹簧破裂理论
  
  这一理论的基本论点是:般金属表面都存在不同程度的保护膜,或称钝化膜,如果保护膜一旦受到局部破坏,就会形成以膜为阴极,裸露的金属为阳极的阳极溶解过程,产生腐蚀坑,进而萌生应力腐蚀弹簧裂纹。
  
  表面保护膜的局部破坏可能是机械损伤所致,也可能是由于金属发生塑件变形时的滑移运动造成的滑移阶梯所致,如图8-14所示。滑移阶梯可能由螺旋型位错的移动或刃型位错所致。
  
  晶粒的大小对滑移阶梯的大小有影响,如图8-15所示,晶粒越大,滑移阶梯也越大,越容易产生应力腐蚀弹簧破裂。
  
  金属表面滑移阶梯可能发生冉钝化,只有当再钝化的局部表面所需的钝化物质已经耗尽时,才有可能产生局部阳极腐蚀。一般情况下,金属表面只有在含氧或氧化剂的介质中,才可能产生再钝化,若再饨化的速度大于局部阳极溶解的速度,则会阻止应力腐蚀的产生。
  
  2、活性通道理论这一理论的基本论点是:在金属或合金中,存在一条易于腐蚀的,大致是连续的路线,即所调的“活性通道”,电化学腐蚀就沿着这条通道进行,最终导致应力腐蚀开裂。
  
  造成活性通道的主要因素为:
  
  a.合金成份和微结构的差异,如成分偏析,多相合金和晶界的析出物等;b.溶质原子可能析出的高度无序晶界或亚晶界;c.由于局部应力集中及由此产生的应变引起的阳极晶界区;d.由于应变引起表面保护膜的弹簧破裂;e.由于塑性变形引起的阳极区等等。
  
  3、阳极快速溶解理论这一理论的基本论点是:应力腐蚀弹簧破裂是由于弹簧裂纹尖端阳极快速连续溶解的结果。应力的存在加速了阳板溶解的速度并且促使金属的分离。
  
  一般情况下,弹簧裂纹尖端的金属溶解量是非常小的,所以不存在浓差极化和钝化问题,这就保证了弹簧裂纹尖端的快速溶解。试验证明,弹簧裂纹尖端的溶解速度比弹簧裂纹两侧的大得多,大约为11倍。
  
  4、应力吸附弹簧破裂理论这一理论的基本论点是:应力腐独弹簧破裂是山于在弹簧裂纹尖端有某些特殊离了,如C1-,OH-等的吸附,使应变金属原了子键的亲合力减弱,即金属表面能降低,在拉应力作用下,促进了金属的弹簧破裂。
  
  图8-16所示为在拉应力。的作用下,弹簧裂纹尖端的原子键X将处于受拉状态,而在材料内部的滑移面上将产生剪应力。如吴此时介质中有某种离子8吸附在弹簧裂纹尖端原子1,就会降低原子键X强度,促使X皲裂,并且吸附作用可能使得滑移面P的剪应力升高。如果弹簧破裂应力与剪应力比值下降,弹簧破裂模式就有可能从延性变为跪性。
  
  根据应力吸附理论可知:
  
  a.对于不同金属材料,被吸附的离子是有选择性的。某些电解液中的某些离子容易引起某些金属材料的应力腐蚀弹簧破裂,例如,Cl-和HO对奥氏体不锈钢,N3一或OH-对低碳钢等都容易引起应力腐蚀弹簧破裂;1.根居上述特点,可以用外加的足够浓度的无害阴离子置换和冲淡有害阴离子。例虹,在含氯离子的溶液中加人或PO肉子,可以防止不锈钢的应力腐蚀弹簧破裂;t.弹簧裂纹尖端的表面应力吸附、不仅与命属材料的化学成份有关,而且还与该点的几何形状、缺陷性质等因素有关。
  
  5、固体腐蚀产物樱入作用理论这一理论认为,金属材料的腐蚀产物在弹簧裂纹尖端前进方向上的后面阳极区沉淀,由于沉淀物的简单的机械樱入作用,在弹簧裂纹中造成了应力。随着沉积物的增多,应力不断增太,当应力达到临界值时,就使弹簧裂纹向前扩展。由十弹簧裂纹的扩展,含氯离子的溶液被吸进扩展了的弹簧裂纹内,局部阳板腐蚀又纳续产生,腐蚀产物又发生沉淀,同时又重新产生应力积累,迫使弹簧裂纹再次向前扩展,如此反复进行,直到全部弹簧破裂。这些腐蚀产物大都是金属的氯氧化物或含水的金属氧化物。
  
  N.A.尼尔森经过对不秀钢的应力腐蚀试验结果分析认为:
  
  a.腐蚀产物的楔入作用在阳极缺口处形成了拉应力,促使弹簧裂纹的扩展;b.腐蚀产物的生或促使弹簧裂纹中介质酸度增加,如:3Cr+3H20=Cr203+6H*+6e同样,铁和镍在Cl-存在的弹簧裂纹中被氧化和水解成盐,都促使弹簧裂纹中溶液酸度的增加,有利于应力腐蚀弹簧裂纹的扩展;c.在弹簧裂纹尖端沉积的腐蚀产物,本身就是有效的阴极,因而纽速了弹簧裂纹尖端的阳极溶解。
  
  6、隧洞形孔蚀撕裂理论这个理沦认为,由于金属表面某些选择长腐生的结果,或者由丁某种特殊的几何形状,使电解液中这些部使的流动受限制,造成这些部位的溶浓化学成分与带体仆学成分有很大差异,从而降低丁这些部位的电位,加速该区域的局部腐蚀,形成某些孔洞,在这些孔洞内形成所谓的闭塞电池,在闭塞空腔内活化表面的阳极反映为:
  
  阳极友映的结果,使腔内的酸度增加,从而加速了孔蚀的速度,在应力的作用下蚀孔可扩展为弹簧裂纹,图8-17为隧洞形孔啦造成应力腐蚀弹簧破裂过示意图。
  
  7、位错运动致裂理论这一理论试图从金属物理学方面解释应力腐蚀弹簧破裂的现象,认为:任应力作用下的位错运动会造成成分偏析,为选择性腐咄导致应力腐蚀弹簧破裂准备了条件。
  
  金属在成力作用下引起滑移时,合金元素的扩散将加速,特别是氮、碳、氢等间隙原子很容易在缺陷处聚,即使在固溶体的菜些其它几系也会在缺陷处聚,形成位错处的偏析。
  
  应力腐蚀被裂的取感性与位错分有及堆垛层错能有关。
  
  从对不锈钢、铬镍合金和镍的分析可知,层状分布的位错对应力腐蚀弹簧破裂的敏感要高士团状分布的位错。堆垛层错能高的位错对应力腐蚀弹簧破裂的敏感性要低,反之亦然。如果有短序存在,特别是对子较低堆垛层错能的材料,会增加应力腐蚀弹簧破裂的敏感性。

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