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应力腐蚀弹簧断口形貌和特征

应力腐蚀弹簧断口形貌和特征
  应力腐蚀弹簧断口形貌和特征
  
  应力腐蚀断裂的弹簧断口形貌与弹簧材料的漏体结构、机械性能、合金成份、热处理状态、环境条件及应力等有关。一般宏观上看不到明显的塑生变形,呈脆断特征。应力腐蚀裂纹源常常发生在弹簧材料的表面,通常情况下是多源的,这些裂纹在扩展过程中发生合并,当应力腐蚀裂纹扩展到一定程度时将引起最终断裂,可以观察到,应力腐蚀弹簧断口宏观形貌具有应力腐蚀扩展区域和最终断裂区域的特征,前者早现暗褐色,常常可以观察到腐蚀和氧化产物,因化学或电化学作用往往在裂纹源处形成腐蚀坑。弹簧断口上可见明显的放射件条纹,其汇聚处为裂源,每个裂源区城常为半圆形,在瞬断区,包括撕裂和剪切唇两部分,具有金属光泽,表现出基体弹簧材料的特征。
  
  应力腐蚀裂纹基本上沿垂直于拉应力的方向扩展,且有分又,其形貌呈树枝状,如图8-2所示,与纯机械应力造成的裂纹形态截然不同。从裂纹表面的纵断面金相照片看,裂纹的形貌像一条河流,河床有宽有窄,还有许多“湖泊”,那就是腐蚀坑,尤其是背性钠引起的应力腐蚀裂纹,更具有多分枝的特征,而且裂纹的尾部较尖。接件应力腐蚀裂纹的形态从表面上看,裂纹的分布是稀松的网状或龟裂的形式,如图8-3所示。如在焊缝表面,多以近似横向裂纹分布。
  
  由于弹簧材料的晶体结构、机械性质、合金成份、热处理状态、环境气氛、温度及应力状态的不同,应力腐蚀裂纹可能是沿晶的、穿晶的,也可能是混合型的,见图8-4。
  
  在一般情况下,低碳钢、低合金钢、铝合念、u-黄铜多为品间断裂,裂纹大致沿垂直于拉伸应力的晶界向弹簧材料深入延伸:航空用超高强度钢,似平沿原来的奥氏体晶界开裂;镁合金可能是穿晶的或晶间的,决定于热处理状态;β-黄铜和暴露在氧化物中的奥氏体不锈钢,大多数情况是穿品的,奥氏体不锈钢在热碱溶液中是穿晶还是晶间断裂,决定于腐蚀剂的温度。品界上的沉淀相可能是易于溶解的部位,因而有利于晶间腐蚀。
  
  含1%Ni的铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢在沸腾的MgCl?溶液中呈穿晶型破裂;铁格镍合金的苛性碱溶液中的破裂形式是晶间破裂到穿品破裂,而在氯化物溶液中完全是穿品破裂;镍基合金在含铝的水溶液中是穿晶型破裂,而在含水溶液中是晶间型彼裂。
  
  低碳钢在硝酸盐溶液中的应力腐蚀破裂是典型的沿晶破裂,呈“冰糖状”弹簧断口,如图8-5所示。从弹簧断口的扫描电镜照片上看,晶间破裂呈冰糖状的脆性弹簧断口;穿晶型破裂弹簧断口一般呈准解理或解理状的跪性弹簧断口,如图8-6所示。
  
  对于高强钢,在不同的城力强度因子K值下,断山的形态不一样,如图8-7所示。图中(a)为高K值时的微坑型弹簧断口;(b)为中等K值时的准解理或晶间型弹簧断口;(c)为低K的时的晶间型弹簧断口,并伴有撕裂棱;(d)为最低K值时的晶间型断裂,且无撕裂棱.
  
  另外,应力腐蚀弹簧断口的电子显微图象还常出现一些扇形花样、腐蚀坑、块状花样及泥状花样等微观形貌特征,如图8-8所示。
  
  虽然应力腐蚀断门在宏观上呈跪性断裂特征,微观却可能发现微米级的塑性变形。因此,应力腐蚀弹簧断口图像上除观察到类似解理开裂的扇形化样外,还能观察到韧性断裂的韧窝花样或蛇形滑移等塑性开裂形貌特征。如图8-9所示。
  
  有些弹簧断口可能由于大量腐蚀产物的存在,使得微观形貌不太清晰,如图8-10所示,但还可以辨认出沿晶开裂的特点。
  
  应力腐蚀弹簧断口微观图像上经常可以看到二次裂纹,有的二次裂纹是沿晶的,也有的呈穿品特点。如图8-11所示。

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