什麼是應力腐蝕破裂

具敏感性的材料承受拉伸應力並暴露於特定腐蝕環境時,以低於降伏應力的應力使裂縫成長的現象。

日文名稱: 応力腐食割れ

「應力腐蝕破裂」出現在1領域的1道練習題中(腐蝕與表面處理等)。

這個名詞所屬的領域: 腐蝕與表面處理

在材料與環境的特定組合中發生

應力腐蝕破裂(SCC)並不是在任何環境都會發生,而是在材料與環境的特定組合中發生。代表例有含氯化物的高溫水與沃斯田鐵系不鏽鋼(一般認為約60℃以上容易發生)、氨與黃銅(季裂)、濃鹼與碳鋼(鹼脆),以及潮濕大氣或氯化物與高強度鋁合金。氯化物造成的不鏽鋼破裂多半是在晶粒內部分枝前進的穿晶破裂,黃銅的季裂多半是沿晶界的沿晶破裂,破裂的形態也是線索。

以破壞力學看SCC

把SCC裂縫成長速率 da/dt 對裂縫尖端的應力強度因子 K 作圖時,在某個值 K_ISCC 以下裂縫幾乎不成長,超過後速率急遽變大,之後出現與 K 無關、速率大致固定的區域。這個區域的速率,由裂縫尖端的腐蝕反應或氫擴散的速率決定。K_ISCC 多半遠小於大氣中的破壞韌性 K_IC,因此在固定負荷下裂縫也會一點一點地成長,最後達到 K_IC 而一口氣破壞。在設計上,以使 K 不超過 K_ISCC 來決定容許的裂縫大小。

溶解型與氫脆型

SCC的機制大致可分為2種來思考。1種是裂縫尖端的塑性變形破壞皮膜,新露出的金屬溶解而使裂縫前進的溶解型(滑移溶解)。另1種是腐蝕反應產生的氫進入尖端拉伸應力高的區域、使材料變脆的氫脆型,在高強度鋼中成為問題。這個區別直接關係到對策:溶解型以陰極防蝕使金屬成為陰極時可抑制破裂,但對氫脆型反而會增加氫的生成而促進破裂。

與腐蝕疲勞的差異及對策的思考方式

反覆應力與腐蝕重疊所發生的破裂稱為腐蝕疲勞,與SCC不同之處在於不需要特定的環境也會發生,而且疲勞限變得不明顯。SCC的對策是切斷材料、應力、環境3者中的任一個。在材料方面,有改用Ni多的鋼種或雙相不鏽鋼,以及像使7075合金過時效的T73那樣,稍微犧牲強度以得到耐破裂組織等方法。在應力方面使用應力消除退火或珠擊,在環境方面則採取減少氯化物與溶氧、降低溫度等方法。

練習應力腐蝕破裂的題目

關於應力腐蝕破裂的敘述,下列何者正確?

  1. A容易發生在以珠擊在表面導入壓縮殘留應力的部分
  2. B只在施加的應力超過降伏應力而發生塑性變形時才發生
  3. C在具敏感性的材料承受拉伸應力且處於特定腐蝕環境時發生
查看答案與解析

正確答案:C. 在具敏感性的材料承受拉伸應力且處於特定腐蝕環境時發生

應力腐蝕破裂是具破裂敏感性的材料承受拉伸應力(外部負荷,或焊接、加工造成的殘留應力),並暴露於特定腐蝕環境時,即使應力遠低於降伏應力,裂縫也會持續成長的現象。代表例是高溫氯化物環境中的沃斯田鐵系不鏽鋼,以及含氨環境中的黃銅(季裂)。外觀幾乎沒有腐蝕卻突然破裂,因此很危險。只要去除3個條件中的任一個就能防止,因此會以應力消除退火降低殘留應力,或以珠擊在表面導入壓縮殘留應力。壓縮應力不會使裂縫張開,因此認為容易發生在有壓縮殘留應力之部分的選項正好相反。認為不超過降伏應力就不會發生的選項也是錯誤的。

常見問題

應力腐蝕破裂為什麼危險?

因為從外面看幾乎沒有腐蝕,卻會在低於降伏應力的應力下突然破裂。裂縫細,露出表面的部分也小,若不以滲透探傷等方法尋找,是很難發現的損傷。

應力腐蝕破裂與氫脆相同嗎?

兩者有重疊的部分,但並不相同。由腐蝕產生的氫造成的裂縫成長,被視為SCC的一種形態,但氫脆也可能由電鍍或焊接時進入的氫引起,沒有腐蝕環境也會發生。

應力腐蝕破裂以什麼試驗調查?

有把彎成U字形的試片浸入環境的U形彎曲試驗、持續施加固定負荷的定負荷試驗,以及緩慢拉伸以調查延性下降的慢應變速率試驗(SSRT)等。

解析中的「應力腐蝕破裂」

出現「應力腐蝕破裂」的題目(1題)

  1. 關於應力腐蝕破裂的敘述,下列何者正確?

相關名詞

不鏽鋼 黃銅 孔蝕 局部電池 法拉第定律 鈍態 電偶腐蝕 標準電極電位 犧牲陽極

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