腐蚀疲劳与应力腐蚀裂纹的关系

腐蚀疲劳一个多世纪以来，工程材料，主要是金属，一直是世界范围内的研究课题。这种类型的腐蚀失效是首次在Royal Navy的帕拉维拖缆第一次世界大战期间目前，腐蚀疲劳被认为是研究最广泛的疲劳类型之一腐蚀失效．

从20世纪60年代初开始，应力腐蚀开裂(SCC)也引起了广泛的关注。虽然腐蚀疲劳和应力腐蚀开裂可以在不同的情况下发生，但它们被认为是同一连续体的一部分。众所周知，这两种现象同时发生，在许多行业造成了无数的失败。

这些失效机制都可能是突然的和灾难性的，是本书的主题广泛的科学和工程研究．然而，要理解腐蚀疲劳和应力腐蚀开裂是如何相互作用的，首先必须了解每种腐蚀类型所涉及的机制。

什么是压力腐蚀裂缝（SCC）？

SCC被定义为裂缝，由于机械的相互作用而发生压力和腐蚀。材料在腐蚀环境中所产生的应力比单独作用的任何一个元件所产生的损伤都要大。因此，SCC的机制被认为是协同的。虽然SCC在金属中最常见，但它也可以发生在其他材料中，例如聚合物和玻璃。

SCC被归类为灾难性的因为材料强度的降低和随后的结构破坏只会造成很小的或不明显的材料损失。(在文章中了解腐蚀与强度的相互作用腐蚀对材料抗拉强度和延展性的影响。）通常，恰好腐蚀裂缝形成晶界而表面的其他部分没有受到攻击。因此，SCC损伤往往很难在随意检查中发现，而且损伤的程度也不容易预测。

SCC的催化剂主要是缺乏的被动沿着某些金属的晶界。由于杂质在这些位置的分离，晶界被认为比材料的主体更不被动。这些杂质会改变材料的性质微观结构，使它变得困难钝化发生在边界界面。

例如，在一些奥氏体钢，局部集中铬在晶粒边界可以远小于散装材料表面。结果，晶界可能具有比其余材料更少的钝化，从而提供用于腐蚀的有源路径。然后应用外部应力在这些弱化区域中打开裂缝。（有关此主题的更多信息，请参阅铬在晶间腐蚀中的作用)。

什么是腐蚀疲劳?

腐蚀疲劳发生在金属物体遭受交替或循环应力在腐蚀性环境中。（对于一个可能的解决方案，阅读耐腐蚀耐磨疲劳的氮化处理)。与传统的机械疲劳相反，这是不存在的疲劳极限在腐蚀疲劳中。换句话说，假设存在材料以抵抗无限载荷循环的应力水平。

虽然材料疲劳本身是危险的，但腐蚀性疲劳更为困难，因为失败可能发生在显着降低的应力下，并且在比传统疲劳更短的时间范围内发生更短的时间。

腐蚀疲劳被认为是由材料的保护层破裂引起的钝化膜．除了由于循环载荷导致的材料削弱氧化层也会因交替而受损张力和压缩．这种保护的缺失会导致更多的腐蚀，进一步降低材料的强度并缩短其寿命。

腐蚀疲劳会导致穿晶裂纹最终会导致脆性断裂．然而，与SCC相比，裂纹更局限，没有分支。

腐蚀疲劳与SCC有什么关系?

腐蚀疲劳与SCC在许多方面有相似之处。然而，两者之间的主要区别是施加荷载的特性。SCC通常是由静态拉伸载荷引起的，而腐蚀疲劳则是反复交变的结果循环荷载．虽然这两种类型的腐蚀之间的边界可以模糊，但它们通常可以与灾难性的后果一起发生。

SCC主要用于降低材料的承载能力。在此过程中，腐蚀发生在晶界，产生很少的证据恶化在材料的表面。

裂纹萌生当材料体验初始时发生拉应力，导致晶粒边界削弱到“开放”。一旦形成初始裂缝，循环/交替加载就可以了传播在正常的操作过程中，它们会贯穿材料。(相关阅读:应力集中对裂纹扩展的影响)。这个过程可以进一步细分为以下三种方式:

压力腐蚀疲劳

应力腐蚀疲劳是纯机械疲劳和应力腐蚀开裂的结合。在下图中，黑线表示纯机械疲劳。当施加的应力强度超过SCC开裂阈值时，由于腐蚀晶界的存在，裂纹扩展速度显著增加(红线所示)。

图1.压力腐蚀疲劳引起的裂纹生长行为。

真正的腐蚀疲劳

真正的腐蚀疲劳是指不受SCC影响的腐蚀疲劳。在下图中，黑线表示纯机械疲劳。当腐蚀环境存在时，曲线向左移动，表明裂纹现在形成在较低的应力水平。

图2。真实腐蚀疲劳引起的裂纹扩展行为。

3.组合真正的腐蚀和压力 - 腐蚀疲劳

然而，在某些情况下，腐蚀疲劳和应力腐蚀开裂可以同时发生，表现出独特的和加速的裂纹扩展。图3说明了这种行为，其中红线是图1和图2中表示的裂纹扩展速率的叠加。

图3。真腐蚀疲劳和应力腐蚀疲劳联合作用下的裂纹扩展行为。

结论

腐蚀疲劳和应力腐蚀开裂（SCC）继续困扰着众多产业。尽管该领域取得了进展，但研究人员仍在研究这两个高度损伤类型的腐蚀之间的相互作用。虽然有方法有助于避免SCC和腐蚀疲劳相互作用，但识别和预测失败仍然具有挑战性。因此，重要的是，这两种机制完全理解为避免突然和潜在的灾难性失败。