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腐蚀疲劳-金属腐蚀

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图片来源:lbrumf2/Shutterstock.com

在腐蚀性环境中,疲劳构成金属腐蚀。这意味着特定材料的表面会过早退化,从而缩短成核时间。

除了由于静应力的影响而可能出现的应力腐蚀开裂(SCC)问题外,在许多情况下,由于机械或热效应,施加的应力是循环的。

在非腐蚀性条件下,循环或变化的应力水平可导致表面疲劳损伤,最终导致疲劳裂纹扩展甚至失效。在腐蚀条件下,疲劳裂纹可能在使用寿命的早期阶段在腐蚀坑处萌生。这些裂纹在腐蚀性环境中可能会生长得更快。重要的是,应力腐蚀导致晶间裂纹,而腐蚀疲劳与穿晶裂纹有关。

因此,在这些条件下,腐蚀和疲劳的联合作用将导致少量应力循环后的失效,这与非腐蚀情况下的预期情况相当。

在铁合金中,疲劳(耐力)极限是在非腐蚀性疲劳条件下获得的。在低于这一极限的应力水平下,疲劳失效是预料不到的。腐蚀条件消除了这一限制,因此,即使在低水平的应力,也有可能失效。

作为最大应力值的疲劳寿命也称为疲劳强度。当材料被放入恶劣的环境中时,其疲劳强度会降低。准确计算腐蚀疲劳几率需要考虑环境、应力和冶金等因素。

在没有腐蚀影响的条件下,腐蚀疲劳倾向于产生许多不断增长的裂纹,而不是更正常的单一裂纹。腐蚀疲劳裂纹通常向主拉应力方向发展而不发生分支,而SCC裂纹具有高度分支。

虽然腐蚀疲劳产生的原因和情况各不相同,但腐蚀疲劳引起的裂纹扩展是由共同的因素引起的。增加应力强度可促进裂纹扩展,特别是在寒冷干燥的环境中。

载荷频率的速率也会增加裂纹扩展,裂纹随着频率的增加而减小。在腐蚀性环境中,应力比增加会增加裂纹扩展。发生腐蚀疲劳的水环境中的电极电位对裂纹扩展有很大影响。最后,具有显著化学活性的环境会降低金属的耐腐蚀疲劳性,从而导致裂纹扩展。

腐蚀疲劳断裂表面可能有腐蚀产物涂层,也可能没有。然而,这些影响完全取决于腐蚀和应力的相对影响。由于暴露时间的增加,在较低的应力水平或较低的应力循环频率下会有更多的腐蚀迹象。与应力腐蚀开裂不同,腐蚀疲劳是一个普遍问题,并不局限于特定的合金环境组合。

通常对材料进行腐蚀疲劳评估,以确定特定应用中可能出现的腐蚀疲劳速率及其可能引起的潜在问题。例如,通过了解船舶和欧洲杯足球竞彩结构物腐蚀疲劳的裂纹扩展特性,可以设计出更有效地避免灾难性故障的此类装置。

防止腐蚀疲劳

通过多种解决方案,可以轻松缓解甚至预防腐蚀疲劳。

使用化学或物理抑制剂和涂层可延迟腐蚀疲劳的发生。减少或消除金属表面压力和振动的措施也可显著降低腐蚀疲劳。一些高性能合金也具有很高的耐腐蚀疲劳性。

参考资料及进一步阅读

本文于17日更新th2020年2月。

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