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谈谈腐蚀疲劳,它是任何金属都无法抵抗的一种破坏形式

       材料或构件在交变应力和腐蚀介质共同作用下造成的断裂、失效称为疲劳腐蚀。虽然疲劳腐蚀和应力腐蚀都是应力和腐蚀介质的联合作用,但是作用的应力是不同的。应力腐蚀指的是静应力,也叫应拉力;疲劳腐蚀是是交变应力。交变应力,又称循环应力、重复应力,是随时间作周期性变化的应力。 

       腐蚀疲劳是金属材料在腐蚀和交变应力的共同作用下引起的一种破坏形式。这种破坏既不同于应力腐蚀破坏,也不同于机械疲劳,也不是腐蚀和机械疲劳两种因素作用的简单叠加。在腐蚀介质的作用下,金属表面局部损坏并促使疲劳裂纹产生和发展。同时,交变的拉伸应力破坏金属表面的保护膜并促使表面腐蚀的产生。在交变应力的作用下,被破坏的保护膜无法再次形成,沉积在腐蚀坑中的腐蚀产物又阻止氧的扩散使保护膜难以恢复。所以腐蚀坑的底部始终处在活性状态之下,构成了腐蚀电池的阳极。就这样在腐蚀与交变应力的联合作用下,裂纹不断发展直至金属最后断裂。 

   

      总的来说,只要环境对设备有腐蚀作用,如气体腐蚀、大气腐蚀、海洋腐蚀、土壤腐蚀等,再加上循环应力作用均可产生腐蚀疲劳。疲劳腐蚀的特点是不需要特定的腐蚀系统,它在不含任何特定腐蚀离子的蒸馏水中也能发生;任何金属材料均可能发生腐蚀疲劳,对应力腐蚀敏感或不敏感的材料都可能发生腐蚀疲劳,没有一种金属或合金能抗腐蚀疲劳。即使是抗腐蚀性能很好的金属材料,如不锈钢,也能在像自来水这样的“无害”介质中发生腐蚀疲劳;材料的腐蚀疲劳不存在疲劳极限;腐蚀疲劳初裂纹的扩展受应力循环周次的控制,不循环时裂纹不扩展。

       腐蚀疲劳裂纹通常为穿晶型的,断口特征为脆性断裂,断口附近无塑变;微观断口可见。疲劳辉纹由于腐蚀介质的作用而模糊不清,二次裂纹较多并具有泥纹花样;属于多源疲劳,裂纹的走向可以是穿晶型的也可以是沿晶型的;断口中的腐蚀产物与环境中的腐蚀产物一致。

       腐蚀疲劳破坏是工程上面临的严重问题,出现的时间和位置都很难事先预计,广泛存在于航空、船舶以及石油等领域,如传播的推进器、轴、舵,飞机构件,汽车弹簧,矿山绳索等等。一般从3个方面来预防腐蚀疲劳的产生:一是采用耐腐蚀材料,采用耐腐蚀疲劳的材料。由于钢的强度愈高,通常其腐蚀疲劳敏感性愈大,因此选择强度低的钢种一般更为安全;二是涂装表面保护层。镀锌的钢丝绳在海水中、镀镍的钢丝绳在河水和盐雾中的疲劳极限有显著提高,其他非金属的有机或无机涂层也有良好的效果,但要求与基体金属有良好的结合力与耐磨性能;三是表面处理。喷丸、氮化等在材料表面形成压应力,有利于提高耐腐蚀疲劳性能。

       腐蚀疲劳受以下因素的影响。

       1、载荷。循环载荷的交变幅度增大,腐蚀速度也随之增大。在低速区,加载频率的变化对疲劳裂纹扩展速率基本没有影响;当裂纹扩展速率较高时,加载频率的降低使裂纹扩展速率增大。

       2、加工工艺。电解抛光、以提高材料强度为目的的热处理有降低腐蚀疲劳强度的趋势,而表面轧制可提高腐蚀疲劳强度。

       3、环境。温度变化能明显加快腐蚀速度。若温度上升引起材料严重孔蚀,产生许多浅裂纹源,从而降低了应力集中,使阳极对阴极面积比增大,反而对材料腐蚀疲劳性能有所改进;pH pH<4时,降低腐蚀疲劳,寿命降低;pH=4-10,寿命保持恒定;pH=10-12,寿命显著增加;pH>12,表观疲劳极限接近干疲劳极限;当含氧量0.05mg/L<C(O)<0.5mg/L时,疲劳寿命随溶解氧的增加呈幂函数降低。

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