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金属材料应力腐蚀开裂

应力腐蚀开裂是指由于残余应力或外加应力引起的金属的

腐蚀和应变共同作用导致开裂的过程。

尽管近年来聚合物和复合材料的就用越来越多，但金属仍

然是重要的结构材料，这主要归因于它们的强度、刚度、韧性

和耐高温。

不幸的是，金属会受到腐蚀的侵害（贵金属除外，如黄金

和铂金，它们在常规条件下使用是相当罕见的）。腐蚀可以有

多种形式，这里要谈的是腐蚀和机械应力相互作用的开裂形

式。这种类型的失效被称为应力腐蚀开裂，通常缩写为SCC。

SCC可能在多种机制下发生，如果开裂是氢脆导致的，这个词可

以用来代替SCC。

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然而，这种区别是相当武断的，我们常常不确定SCC的机

制，实际上许多氢导致的失效也通常会归因于SCC。同样，其他

特定的应力腐蚀开裂过程已经获得了自己的名字；“季裂”是

指黄铜在含有氨的环境开裂；“碱脆”是指钢在强碱中开裂

等。

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季裂最早发现是黄铜弹壳的一种应力腐蚀开裂失效形式，

这一现象来自在印度的英国军队。在雨季里，军事活动会暂时

性减少，弹药被存放在马厩里，直到干燥的天气再取回。后来

发现许多黄铜弹壳不明原因地发生了破裂。直到1921年，

Moor,Beckinsale和Mallinson等人对这种现象进行了解释：

黄铜弹壳开裂的原因是马尿中的氨与冷拔金属弹壳中的残余应

力相结合，共同导致了黄铜弹壳的应力腐蚀开裂。

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SCC是一种阴险的腐蚀形式，它会产生显著的机械强度损

失，但金属损失很小。损坏不明显以至于偶然检查很难发现，

应力腐蚀裂纹可以触发机械快速断裂甚至组件和结构的灾难性

失效。一些重大的灾害是应力腐蚀开裂造成的，包括高压气体

输送管道破裂、锅炉爆炸以及电站和炼油厂的破坏事故。

幸运的是，SCC的发生取决于三个条件必须同时达成：

a)敏感材料。苍蝇不叮无缝的鸡蛋，要生发生应力腐蚀开

裂，首先得是敏感性的材料。材料具有敏感性给我们的提示

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是，在一些可能发生应力腐蚀开裂的工况环境，选材要慎重。

如304等奥氏体不锈钢在含有氯的环境服役，应力腐蚀开裂是

尤其应该注意的问题。奥氏体不锈钢是面心立方金属，面心立

方金属尤其容易发生应力腐蚀开裂，这是晶体结构决定的。

b)容易引起应力腐蚀开裂的环境。即使材料敏感，没有导

致应力腐蚀开裂的介质也是不会发生应力腐蚀开裂的，它好比

硬币的AB面。环境介质也是应力腐蚀开裂的重要条件。

c)足够的拉应力。通常认为静态拉应力是导致应力腐蚀开

裂的充分必要条件。有人会问，那要是交变载荷呢？小编认为

可能要归于腐蚀疲劳了。为什么说发生应力腐蚀开裂需要足够

的静态拉应力呢？因为它需要满足一个腐蚀状态下的临界应力

强度因子。

应力腐蚀开裂在通常结构材料中是比较罕见的，但在海

洋、电厂、化工和石油钻采等领域是非常常见的破坏形式，并

且这种失效可能造成的代价是十分巨大的。

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