機械設備零件在應力(拉應力)和腐蝕介質的聯合作用下,將出現低于材料強度極限的脆性開裂現象,導致設備和零件失效,這種現象稱為應力腐蝕開裂。
根據介質的主要成分為氯化物、氫氧化物、硝酸鹽及含氧水等,而分別稱為氯裂(氯脆或氯化物開裂)、堿裂(堿脆)、硝裂(硝脆)及氧裂(氧脆)等。
應力腐蝕開裂與單純由機械應力造成的開裂不同,它在極低的負荷應力下也能產生開裂;它與單純由腐蝕引起的開裂也不同,腐蝕性極弱的介質也能引起應力腐蝕開裂。其全面腐蝕常常很輕,而且沒有變形預兆,即發生突然斷裂,應力腐蝕是工業生產中危害性最大的一種惡性腐蝕類型。
機械設備和部件發生應力腐蝕開裂(SCC)必需同時滿足材料、環境、應力三者的特定條件。根據應力加載的方法不同,應力腐蝕試驗方法主要分為四類:
(1)恒變形法
給予試樣一定的變形,對其在試驗環境中的開裂敏感性進行評定。
(2)恒載荷法
即把單軸拉伸型的試樣沿軸向施加應力,在腐蝕介質中試驗,比較斷裂時間的長短,或利用應力與斷裂時間的關系曲線,來提出應力腐蝕開裂的臨界應力σscc.
(3)慢應變速率法
是在專門設計的慢應變速率應力試驗機上,使試樣在腐蝕介質中以一定的應變速度拉伸,直至斷裂。分析試樣的破斷情況和斷口特征等,以評定其應力腐蝕開裂敏感性。
(4)斷裂力學法
使用楔形張開加載型試樣進行研究,以預先制有裂紋的試樣給以各種K值,測定裂紋停止擴展的臨界值KISCC。
其標準有:
GB/T4157-1984《金屬抗硫化物應力腐蝕開裂恒負荷拉伸試驗方法》
GB/T17898-1999《不銹鋼在沸騰氯化鎂溶液中應力腐蝕試驗方法》
GB/T10126-1988《鐵-鉻-鎳合金在高溫水中應力腐蝕試驗方法
可產生應力腐蝕破壞的金屬材料-環境的組合主要有以下幾種:
(1)奧氏體不銹鋼
氯離子、氯化物+蒸氣、硫化氫、堿液等;
(2)碳鋼及低合金鋼
介質為堿液、硝酸鹽溶液、無水液氨、濕硫化氫、醋酸;
(3)含鉬奧氏體不銹鋼
堿液、氯化物水溶液、硫酸+硫酸銅的水溶液等;
(4)黃銅
氨氣及溶液、氯化鐵、濕二氧化硫等;
(5)鈦
含鹽酸的甲酸或乙醇、熔融氯化鈉;
(6)鋁
濕硫化氫、含氫硫化氫、海水。