应力腐蚀(SCC)的影响因素

金属材料的SCC受到多方面因素的影响,主要包括冶金、应力和环境因素。这里以铝合金的SCC为例,说明其影响因素。

1.冶金因素的影响

只有特定的合金在特定的体系中才发生SCC,成分和结构的改变,不仅使合金的力学性能发生改变,而且也影响化学和电化学行为。对给定的铝合金系列,主要是合金成分和沉淀硬化的影响。

1)合金成分

随着加入能产生过饱和固溶体的合金元素量的增加,铝合金发生SCC的敏感性也增加。

2)沉淀硬化

沉淀硬化处理是铝合金强化的重要手段,但对合金耐SCC是不利的。在常温或高温下的时效沉淀硬化处理,使合金SCC敏感性增大。最大的敏感性是在沉淀硬化过程中达到强度峰值之前出现的,超过峰值强度后继续沉淀硬化(过时效),可显著改善铝合金的耐SCC性能。

2.应力因素

发生SCC的应力主要来自材料的加工和使用过程,大致包括工作应力、残余应力、热应力和结构应力。对铝合金制件,生产和加工过程中,如拉拔、轧制后呈显微组织,晶粒沿加工方向显著拉长,垂直于加工方向的晶粒呈圆柱状或片状。这些方向可称为纵向、长横向和短横向(长横向和短横向均指垂直加工方向)。对SCC最敏感的加载方式为短横向,其次是长横向,而沿纵向加载的合金耐SCC能力较强。

发生SCC的应力值一般低于材料的屈服点。在大多数发生SCC的系统中,存在一个临界应力值,低于该值,则不发生SCC。

3.环境因素

介质对应力腐蚀的影响相当复杂,如介质中特殊阴离子浓度、pH、温度、界面电位状况等都会显著影响合金的腐蚀破裂。铝合金SCC的敏感介质为含Cl – 水溶液、潮湿的气体、某些液态金属和有机溶剂,以其在含Cl – 水溶液中的腐蚀为例,它受到以下因素的影响。

1)阴离子的影响

在水溶液中,只有Cl – 、Br – 、I – 离子能够加速铝合金的SCC,且裂纹扩展速率与这些离子的浓度成正比。SCN – 、F – 、  等阴离子没有加速作用,有的甚至起到缓蚀作用。

2)阳离子的影响

研究表明,在中性水溶液中,Li 、Na 、K 、Cs 、Ca 2+ 、Al 3+ 等阳离子对裂纹扩展速率没有直接影响,只有Hg 和H 能起到加速作用。

3)pH的影响

pH越低,裂纹扩展速度越快。

4)温度的影响

温度越高,裂纹扩展速度越快。

5)电位的影响

在中性溶液中,阴极极化可降低裂纹扩展速率,阳极极化则增加裂纹扩展速率。在强酸性溶液中,电位的变化对速度影响不大,观察不到阴极保护的效果。

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