应力腐蚀试验机
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问:什么是应力腐蚀和晶间腐蚀

1.晶间腐蚀

晶粒间界是结晶方向不同的晶粒间紊乱错合的界域,因而,它们是金属中各溶质元素偏析或金属化合物沉淀析出的有利区域。在某些腐蚀介质中,晶粒间可能先行被腐蚀。这种沿着材料晶粒间界先行发生腐蚀,使晶粒之间丧失结合力的局部破坏现象,称为晶间腐蚀。特点是金属的外形尺寸几乎不变,大多数仍保持金属光泽,但金属的强度和延性下降,冷弯后表面出现裂缝,失去金属声,作断面金相检查时,可发现晶界或毗邻区域发生局部腐蚀,甚至晶粒脱落,腐蚀沿晶界发展推进较为均匀。


2、应力腐蚀

金属材料在应力(拉应力)和腐蚀介质的联合作用下,经过一定时间后出现低于材料强度极限的脆性开裂现象,致使金属材料失效,这种现象称为应力腐蚀开裂。特点是出现腐蚀裂缝甚至断裂,裂缝的起源点往往在点腐蚀小孔或腐蚀小坑的底部;裂缝扩展有沿晶间、穿晶粒和混合型三种,主裂缝通常垂直于应力方向,多半有分枝;裂缝端部尖锐,裂缝内壁及金属外表面的腐蚀程度通常很轻微,裂缝端部的扩张速度很快,断口具有脆性断裂的特征。


问:应力腐蚀的概况

机械设备零件在应力(拉应力)和腐蚀介质的联合作用下,将出现低于材料强度极限的脆性开裂现象,导致设备和零件失效,这种现象称为应力腐蚀开裂。


根据介质的主要成分为氯化物、氢氧化物、硝酸盐及含氧水等,而分别称为氯裂(氯脆或氯化物开裂)、碱裂(碱脆)、硝裂(硝脆)及氧裂(氧脆)等。


应力腐蚀开裂与单纯由机械应力造成的开裂不同,它在极低的负荷应力下也能产生开裂;它与单纯由腐蚀引起的开裂也不同,腐蚀性极弱的介质也能引起应力腐蚀开裂。其全面腐蚀常常很轻,而且没有变形预兆,即发生突然断裂,应力腐蚀是工业生产中危害性最大的一种恶性腐蚀类型。


机械设备和部件发生应力腐蚀开裂(SCC)必需同时满足材料、环境、应力三者的特定条件。根据应力加载的方法不同,应力腐蚀试验方法主要分为四类:

(1)恒变形法

         给予试样一定的变形,对其在试验环境中的开裂敏感性进行评定。

(2)恒载荷法

         即把单轴拉伸型的试样沿轴向施加应力,在腐蚀介质中试验,比较断裂时间的长短,或利用应力与断裂时间的关系曲线,来提出应力腐蚀开裂的临界应力σscc

(3)慢应变速率法

         是在专门设计的慢应变速率应力试验机上,使试样在腐蚀介质中以一定的应变速度拉伸,直至断裂。分析试样的破断情况和断口特征等,以评定其应力腐蚀开裂敏感性。

(4)断裂力学法

         使用楔形张开加载型试样进行研究,以预先制有裂纹的试样给以各种K值,测定裂纹停止扩展的临界值KISCC


其标准有:

GB/T4157-1984《金属抗硫化物应力腐蚀开裂恒负荷拉伸试验方法》GB/T17898-1999《不锈钢在沸腾氯化镁溶液中应力腐蚀试验方法》。

GB/T10126-1988《铁-铬-镍合金在高温水中应力腐蚀试验方法。


可产生应力腐蚀破坏的金属材料-环境的组合主要有以下几种:

(1)奥氏体不锈钢

         氯离子、氯化物+蒸气、硫化氢、碱液等;

(2)碳钢及低合金钢 介质为碱液、硝酸盐溶液、无水液氨、湿硫化氢、醋酸;

(3)含钼奥氏体不锈钢

         碱液、氯化物水溶液、硫酸+硫酸铜的水溶液等;

(4)黄铜

         氨气及溶液、氯化铁、湿二氧化硫等;

(5)钛

         含盐酸的甲酸或乙醇、熔融氯化钠;

(6)铝

         湿硫化氢、含氢硫化氢、海水。


问:核材料对应力腐蚀的状况

核工业使用的材料由于特殊的工作环境,材料必须具有更好的耐用特性,使用的材料尽量保证耐久性,中途不更换,既要保证使用的安全性,也降低了材料更换造成的经济损失。模拟材料在使用环境下进行性能测试,尽可能的推算出材料的使用寿命,就需要相应的设备进行测试。应力腐蚀试验设备提供了SSRT、SCC、CF、Creep、Creep Fatigue、Strain Fatigue裂纹扩展测量等试验方法,来模拟真实环境对材料进行测试。应力腐蚀试验设备在国内常见的有Cortest、Toshin、Cormet等公司的产品,Cor-Force(凯尔孚)也是国内专门研发、制造应力腐蚀试验设备的公司。


目前国际上研究材料在腐蚀介质环境下的使用寿命,较普遍的采用CT试样用DCPD法裂纹扩展测量试验,这类试验比起早期使用引伸计或摄像方式测量裂纹长度,方法简单、容易测量、精度高。


DCPD法裂纹扩展测量系统特点:

1.试验过程中采用直流电压降的方法(DCPD)动态检测裂纹萌生及扩展过程,可直接获得裂纹长度-时间(a/W-Time)曲线。

2.可测试紧凑拉伸(CT)试样,常用0。5T(1/2T)试样。

3.裂纹扩展分辨率可达1μm(根据扩展速率曲线决定),绝对分辨率可达20μm

4.能够实现恒K、升K、降K控制,。


问:应力腐蚀的试验功能

试验功能:

  • 慢应变速率拉伸试验(SSRT

  • 恒载荷应力腐蚀开裂试验(SCC

  • 腐蚀疲劳试验(CF

  • 蠕变试验(Creep

  • 蠕变疲劳试验(Creep Fatigue

  • 应变疲劳试验(Strain Fatigue

  • 持久强度试验(Creep Rupture Strength

  • 氢致延迟开裂试验(HIC

  • SCC裂纹萌生及裂纹扩展速率测量试验

  • 恒K控制、升K控制、降K控制试验


问:应力腐蚀原理是什么

材料在应力和腐蚀介质共同作用下发生的脆性开裂现象称为应力腐蚀开裂,简称应力腐蚀,英文缩写SCC


结构和零件的受力状态是多种多样的,如拉伸应力、交变应力、冲击力、振动力等。不同应力状态与介质协同作用所造成的环境敏感断裂形式各不相同。应力腐蚀应是电化学腐蚀和应力机械破坏相互促进裂纹的生成和扩展的过程。敏感的合金、特定介质和一定的静应力是发生应力腐蚀的三个必要条件。对于一定的材料,其应力腐蚀只发生在特定的介质中。这种材料与敏感介质的组合关系,称为应力腐蚀体系。


控制方法:

正确选材:避免构成应力腐蚀体系,减轻应力腐蚀的敏感性。

合理设计、改进制造工艺:尽量减小应力集中效应。

改善环境介质:消除或减少介质中促进应力腐蚀的有害物质,加入适当的缓蚀剂。

电化学保护:外加电流极化,使金属的电位远离应力腐蚀敏感区。


问:怎么就发生应力腐蚀了

残余应力:

就是指在没有外力的作用下,在物体内部保持平衡而存留的应力。残余应力对零件的性能有很大影响。尤其指在无外来因素(外力或温度等)作用下,存在于金属材料或机械零件内部并保持平衡的应力。


应力集中:

实际工程构件中,有些零件常存在切口、切槽、油孔、螺纹等,致使这些部位上的截面尺寸发生突然变化。如图2-33所示开有圆孔和带有切口的板条,当其受轴向拉伸时,在圆孔和切口附近的局部区域内,应力的数值剧烈增加,而在离开这一区域稍远的地方,应力迅速降低而趋于均匀。这种现象,称为应力集中。


应力腐蚀:

由残余或外加拉应力导致的应变和腐蚀联合作用所产生的材料破坏过程称为应力腐蚀。应力腐蚀按腐蚀机理可分为:(1)阳极溶解 (2)氢致开裂。


问:疲劳腐蚀和应力腐蚀相比,有哪些特点

应力腐蚀是指金属在承受各种拉载荷时因具体腐蚀介质影响而出现裂纹的现象,在这个过程中,材料无明显腐蚀产物,脆性断裂。


腐蚀疲劳是指金属由于机械交变载荷与腐蚀交互作用所造成的低变形、大多跨晶粒断裂的现象。


问:金属的腐蚀形态有哪些

金属的腐蚀形态可划分两大类:1均匀全面腐蚀有成膜腐蚀和无膜腐蚀。2局部腐蚀有孔蚀、缝隙腐蚀、脱层腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳、选择性腐蚀、磨损腐蚀、空泡腐蚀、摩振腐蚀、氢脆、氢鼓泡、氢蚀。从这里可以看出腐蚀可以做到深度不一样。


问:有几种局部腐蚀类型

应力腐蚀开裂(SCC):是指承受应力的合金在腐蚀性环境中由于烈纹的扩展而互生失效的一种通用术语。应力腐蚀开裂具有脆性断口形貌,但它也可能发生于韧性高的材料中。发生应力腐蚀开裂的必要条件是要有拉应力(不论是残余应力还是外加应力,或者两者兼而有之)和特定的腐蚀介质存在。型纹的形成和扩展大致与拉应力方向垂直。这个导致应力腐蚀开裂的应力值,要比没有腐蚀介质存在时材料断裂所需要的应力值小得多。在微观上,穿过晶粒的裂纹称为穿晶裂纹,而沿晶界扩图的裂纹称为沿晶裂纹,当应力腐蚀开裂扩展至其一深度时(此处,承受载荷的材料断面上的应力达到它在空气中的断裂应力),则材料就按正常的裂纹(在韧性材料中,通常是通过显微缺陷的聚合)而断开。因此,由于应力腐蚀开裂而失效的零件的断面,将包含有应力腐蚀开裂的特征区域以及与已微缺陷的聚合相联系的“韧窝”区域。


点腐蚀:是一种导致腐蚀的局部腐蚀形式。


晶间腐蚀:晶粒间界是结晶学取向不同的晶粒间紊乱错合的界城,因而,它们是钢中各种溶质元素偏析或金属化合物(如碳化物和δ相)沉淀析出的有利区城。因此,在某些腐蚀介质中,晶粒间界可能先行被腐蚀乃是不足为奇的。这种类型的腐蚀被称为晶间腐蚀,大多数的金属和合金在特定的腐蚀介质中都可能呈现晶间腐蚀。


缝隙腐蚀:是局部腐蚀的一种形式,它可能发全于溶液停滞的缝隙之中或屏蔽的表面内。这样的缝隙可以在金属与金属或金属与非金属的接合处形成,例如,在与铆钉、螺栓、垫片、阀座、松动的表面沉积物以及海生物相接烛之处形成。


问:电流对应力腐蚀的影响

应力腐蚀过程试验研究表明:当金属加上阳极电流时可以加剧应力腐蚀,而加上阴极电流时则能停止应力腐蚀。一般认为压应力对应力腐蚀的影响不大。


一般存在拉应力,但实验发现压应力有时也会产生应力腐蚀。


对于裂纹扩展速率,应力腐蚀存在临界KISCC,即临界应力强度因子要大于KISCC,裂纹才会扩展。


一般应力腐蚀都属于脆性断裂。应力腐蚀的裂纹扩展速率一般为10-6~10-3mm/min,而且存在孕育期,扩展区和瞬断区三部分。


容易发生应力腐蚀的设备


发生这种腐蚀的主要设备有热交换器、冷却器、蒸汽发生器、送风机、干燥机和锅炉

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问:氢氟酸反应釜选什么材料高温耐腐蚀

可以用蒙乃尔合金材料。


蒙乃尔合金(英文名称MONEL)是一种高镍合金材料,其主要成份是64%~70%镍和26%~33%的铜冶炼而成


镍合金:又称蒙乃尔合金,是一种以金属镍为基体添加铜、铁、锰等其它元素而成的合金。蒙乃尔合金耐腐蚀性好,呈银白色,适合作边丝材料。


蒙乃尔合金的用途:

蒙乃尔400合金的组织为高强度的单相固溶体,它是一种用量最大、用途最广、综合性能极佳的耐蚀合金。此合金在氢氟酸和氟气介质中具有优异的耐蚀性,对热浓碱液也有优良的耐蚀性。同时还耐中性溶液、水、海水、大气、有机化合物等的腐蚀。该合金的一个重要特征是一般不产生应力腐蚀裂纹,切削性能良好。


耐蚀性能:

该合金在氟气、盐酸、硫酸、氢氟酸以及它们的派生物中有极优秀的耐蚀性。酸介质:M400在浓度小于85%的硫酸中都是耐蚀的。M400是可耐氢氟酸中为数极少的重要材料之一。水腐蚀:M400合金在多数水腐蚀情况下,不仅耐蚀性极佳,而且孔蚀、应力腐蚀等也很少发现,腐蚀速度小于0.025mm/a。高温腐蚀:M400在空气中连续工作的最高温度一般在600℃左右,在高温蒸汽中,腐蚀速度小于0.026mm/a。氨: 由于蒙乃尔400合金镍含量高,故可耐585℃以下无水氨和氨化条件下的腐蚀。