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腐蚀疲劳

2016-05-30 16:33:24

腐蚀疲劳是指金属材料在循环应力或脉动应力和腐蚀介质共同作用下,所产生的脆性断裂的腐蚀形态。在腐蚀介质和交变应力的共同作用下,金属的疲劳极限大大降低,因而会过早地破裂。这种破坏要比单纯交变应力造成的破坏(即疲劳)或单纯腐蚀造成的破坏严重得多,而且有时腐蚀环境不需要有明显的侵蚀性。船舶的推进器、涡轮和涡轮叶片、汽车的弹簧和轴、泵轴和泵杆及海洋平台等常出现这种破坏。

总体概况

       腐蚀疲劳试验目的包括测定材料在给定环境下的腐蚀疲劳寿命、测定材料在给定环境下的条件腐蚀疲劳临界应力场强度因子范围或条件临界腐蚀疲劳极限应力、测定材料在给定环境和给定应力范围下裂纹扩展速率、研究缓蚀剂或其他防护效果及研究影响腐蚀疲劳裂纹扩展各因素的作用及腐蚀疲劳断裂机理。曲线常用的腐蚀疲劳试验方法是在腐蚀环境中进行疲劳试验,实验室腐蚀疲劳试验可分为两类:循环失效试验和裂纹扩展试验。

      腐蚀疲劳是指金属材料在循环应力或脉动应力和腐蚀介质共同作用下,所产生的脆性断裂的腐蚀形态。在腐蚀介质和交变应力的共同作用下,金属的疲劳极限大大降低,因而会过早地破裂。这种破坏要比单纯交变应力造成的破坏(即疲劳)或单纯腐蚀造成的破坏严重得多,而且有时腐蚀环境不需要有明显的侵蚀性。船舶的推进器、涡轮和涡轮叶片、汽车的弹簧和轴、泵轴和泵杆及海洋平台等常出现这种破坏。
       工程材料的疲劳性能是通过疲劳试验得出的疲劳曲线(一般称S-N曲线)来确定的,即建立应力幅值σa与相应的断裂循环周次Nf的关系。随着疲劳应力降低,发生疲劳断裂所需的循环周次增加,把经历无限次循环而不发生断裂的最大应力称为疲劳极限。它与应力比R(又称应力不对称系数)有关, 在 时的疲劳极限记作σ-1.通常低、中强度钢具有明显的疲劳极限;而高强钢、不锈钢、铝合金等往往不存在疲劳极限,而只能以材料在疲劳寿命为N时不发生疲劳断裂的最大应力称作材料的条件疲劳极限或疲劳强度。


图1  不同金属的疲劳曲线

      产生腐蚀疲劳的金属材料中有碳钢、低合金钢、奥氏体不锈钢以及镍基合金和其他非铁合金等。腐蚀疲劳一般按腐蚀介质进行分类,有气相腐蚀疲劳和液相腐蚀疲劳。从腐蚀介质作用的化学机理上分,气相腐蚀疲劳过程中,气相腐蚀介质对金属材料的作用属于化学腐蚀;而液相腐蚀疲劳通常指在电解质溶液环境中,液相腐蚀介质对金属材料的作用属于电化学腐蚀。腐蚀疲劳按试验控制的参数,又分为应变腐蚀疲劳和应力腐蚀疲劳。前者是控制应变量,得到应变量与腐蚀疲劳寿命的关系;后者是控制试验应力,得到应力与腐蚀疲劳寿命的关系。
       腐蚀疲劳是构件在循环载荷和腐蚀环境共同作用下,腐蚀疲劳损伤在构件内逐渐积累,达到某一临界值时,形成初始疲劳裂纹。然后,初始疲劳裂纹在循环应力和腐蚀环境共同作用下逐步扩展,即发生亚临界扩展。当裂纹长度达到其临界裂纹长度时,难以承受外载,裂纹发生快速扩展,以至断裂。因此,对于光滑试件的腐蚀疲劳过程包括裂纹形成、亚临界扩展和快速扩展,以至断裂等过程。
       腐蚀疲劳的特点有:腐蚀疲劳不存在疲劳极限;与应力腐蚀相比,腐蚀疲劳没有这种选择性,几乎所有的金属在任何腐蚀环境中都会产生腐蚀疲劳,发生腐蚀疲劳不需要材料-环境的特殊组合;金属的腐蚀疲劳强度与其耐蚀性有关;腐蚀疲劳裂纹多起源于表面腐蚀坑或缺陷,裂纹源数量较多;腐蚀疲劳断裂是脆性断裂,没有明显的宏观塑性变形。

标签: 腐蚀疲劳, 裂纹扩展, 疲劳裂纹, 疲劳极限, 材料腐蚀平台, 循环失效

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