金属材料应力腐蚀失效分析

金属材料应力腐蚀失效是环境、力学与冶金因素共同作用的复杂破坏现象。

其分析需围绕以下核心要素展开：

一、发生条件与机理

‌必要条件组合‌

需同时满足三个条件：

特定腐蚀介质（如含Cl⁻溶液、H₂S、液氨等），不同金属对应介质敏感性差异显著

持续拉应力（超过材料门槛值，通常应力越大失效时间越短）

敏感材料（杂质含量高、晶粒粗大或高强钢等更易发生）

破坏机理‌

腐蚀与应力协同引发裂纹萌生扩展，常在远低于材料屈服强度时发生无预兆断裂，腐蚀温度多集中在40-300℃。

二、失效特征识别

应力腐蚀失效的典型特征包括：

‌宏观表现‌：裂纹沿垂直于主应力方向扩展，断口呈脆性特征，常伴随腐蚀产物覆盖58

‌微观诊断‌：

断口扫描电镜可见解理台阶、河流花样等脆性断裂形貌

裂纹分叉且沿晶界/穿晶扩展，末端存在腐蚀产物

‌环境关联性‌：失效件表面存在局部腐蚀（如点蚀、缝隙腐蚀），可能诱发应力集中

三、分析技术路径

‌宏观检测‌

外观检查：确认裂纹分布、腐蚀类型及应力作用方向

无损检测：超声波/射线检测内部裂纹缺陷

‌微观分析‌

金相分析：观察晶粒尺寸、相组成及裂纹扩展路径

能谱分析：检测腐蚀产物成分，验证介质匹配性

‌力学验证‌

复现试验：在模拟环境中施加应力，验证失效复现性

门槛值测定：确定临界应力与介质浓度阈值

四、预防与改进策略

‌材料优化‌ 选择抗应力腐蚀合金（如双相不锈钢）、细化晶粒、降低杂质含量

‌应力控制‌ 通过退火消除残余应力，设计避免应力集中结构

‌环境防护‌ 介质净化（如脱氧、除氯）、表面涂层/缓蚀剂应用

‌监测预警‌ 定期腐蚀检测与应力状态评估，建立寿命预测模型

应力腐蚀失效分析需综合多学科方法，重点关注“材料-应力-环境”三者的交互作用，从失效特征逆向推导主导因素，为工程防护提供精准依据。