材料在环境介质作用下的断裂（三）

腐蚀疲劳

1．腐蚀疲劳特点
金属构件或零件在交变应力和腐蚀介质的共同作用下引起失效称为腐蚀疲劳。它即不同于应力腐蚀也不同于大气疲劳（机械疲劳），同时也不是腐蚀疲劳和机械疲劳两种因素作用的简单叠加，其不同处见下表，根据这些特征，可有助于具体分析，以便在生产中采取有效措施防止失效。

登录/注册后可看大图

应力腐蚀与腐蚀疲劳

登录/注册后可看大图

大气腐蚀与腐蚀疲劳

2．金属腐蚀疲劳的破坏机制
      金属材料在腐蚀介质的作用下形成一层保护膜，由于交变应力的作用，产生了滑移平台，破坏了金属表面的保护膜。由于机械—电化学反应，在滑移台阶处，进一步产生了微观的腐蚀孔。进而又在交变应力的作用下，在微孔处产生了尖锐的裂纹。而在交变应力和裂纹尖端的阳极溶解过程共同作用下，裂纹不断地向前扩展，最后，到剩余的有效截面小到不足以支持外力的作用时，导致整个零件的突然瞬间断裂。即腐蚀疲劳断裂。

3．影响腐蚀疲劳裂纹扩展的因素
（1）应力强度因子幅的影响
      应力强度因子幅对腐蚀疲劳裂纹扩展的影响，可能有三种情况，如图7-。第一种情况是当K1<K1SCC或当K<K1C时不发生应力腐蚀，与在惰性介质中相比较，只表现出裂纹扩展速率加快，这种情况称为真腐蚀疲劳（或称A型）。铝合金在水环境中的腐蚀疲劳即属此类；第二种情况是，当K1〈K1SCC时裂纹扩展差别不大，而当K1〉K1SCC时发生应力腐蚀，裂纹扩展速率急剧增加，并显示出与应力腐蚀相类似的现象，故称为应力腐蚀疲劳（B型），具有交变荷载作用的疲劳与应力腐蚀相叠加的特征。第三种情况为混合型（C型），即有应力腐蚀疲劳又有真腐蚀疲劳。
（2）频率的影响
      频率是影响腐蚀疲劳裂纹扩展的最重要因素。在分析频率的影响时，要区分真腐蚀疲劳和应力腐蚀疲劳。对于图7-所示的12Ni5Cr3Mo钢在3%NaCl溶液中以不同加载频率试验，当K1SCC=60Mpa•m1/2,试验中的△K<K1SCC为真腐蚀疲劳，在da/dN—△K的双对数座标中，当频率由10Hz降至0.1Hz时，da/dN成平行的直线向左上方移动。
（3）应力比的影响
      增加应力比（R=σmin/σmax），一般会增加腐蚀疲劳的裂纹扩展速率。如碳钢在交变应力作用下，应力比从0.11提高到0.71时，在介质为核反应堆的加压水（水温288℃）中，其裂纹扩展速率比干燥空气中提高了30倍。
（4）材料强度
      材料强度越高，腐蚀疲劳裂纹扩展越快。
4．腐蚀疲劳裂纹的断口特征
      腐蚀疲劳断裂的断口兼有机械疲劳与腐蚀断口的双重特征：
    （1）宏观断口为脆性的，即断口附近无明显塑性变形，可见宏观的疲劳弧线，疲劳台阶，但宏观断口特征一般比较模糊；
    （2）微观断口可见疲劳条带，但由于腐蚀介质的作用而模糊不清；
    （3）属于多源疲劳，并具有独特的多齿状特征；
    （4）主裂纹附近往往出现多条次裂纹，此现象是腐蚀疲劳失效的表面特征之一；
    （5）裂纹的扩展距离与应力循环次数相对应；
    （6）裂纹源于表面腐蚀坑向内部扩散；
    （7）断口上的腐蚀产物与环境中的腐蚀介质相一致。严重时呈现泥裂状花样
4．液态金属脆化
    （1）液态金属脆化是指固态金属与液态金属接触时造成固态金属塑性或强度的下降。它包括直接与液态金属接触的脆化及与低熔点金属在低于其熔点时接触的脆化。前者如不锈钢与液态钠接触的脆化，后者如高强度钢与镉的接触脆化。
    （2）液态金属脆化问题是核技术、航天航空等高技术领域或发展中逐渐突出的材料或零部件失效问题。不同金属与合金对不同的液态金属的敏感性不同