腐蚀疲劳（腐蚀疲劳简介）

访客2022-12-15 09:45:1731

腐蚀介质与循环应力同时作用产生的腐蚀-机械破坏现象称为腐蚀疲劳，会大大降低材料和零件的疲劳强度。在腐蚀疲劳中，循环应力增强介质的腐蚀作用，而腐蚀介质又加快了循环应力的疲劳破坏。接下来将从其特点、主要腐蚀类型和影响因素三个方面进行简单介绍。

一、腐蚀疲劳的特点

严格来说，只有在真空中的疲劳才是纯疲劳，空气本身就是腐蚀介质，材料在空气中疲劳强度比真空中低。材料在真空疲劳、空气疲劳、预腐蚀疲劳和腐蚀疲劳时的S-N曲线的定性关系如图1所示。

图1 不同环境条件下的相对疲劳特性

可知，腐蚀介质对疲劳强度的影响与循环数N有关。短寿命时相差不大，长寿命时有很大差别。

与空气疲劳相比，腐蚀疲劳具有以下特点：

1、裂纹萌生快：由于腐蚀介质的作用，裂纹往往很快萌生，疲劳裂纹扩展寿命占总寿命的大部分。且腐蚀疲劳的离散性较空气中为小。

2、裂纹数多：由于腐蚀介质的附加作用，腐蚀疲劳中形成的裂纹数较常规疲劳多，具有很多从腐蚀损伤区段发展成的初始裂纹。

3、S-N曲线：比空气中低，且没有水平段，不存在真正的疲劳极限，一般以107次循环时的条件疲劳极限作为腐蚀疲劳极限。其他循环周次的需注明。

4、加载频率影响大：频率越低，腐蚀疲劳强度降低越大。空气疲劳时，频率在相当大范围内变化对疲劳强度影响不大。

5、拉压影响：拉伸时的疲劳强度比压缩时小得多。在有腐蚀介质时，延性金属对正压力敏感，平均压应力使腐蚀疲劳强度有较大提高。

6、常发生晶间断裂：这是由于晶界上杂质较多，腐蚀损伤往往沿着晶界优先扩展所致。

二、典型的腐蚀疲劳

主要有应力腐蚀、预腐蚀、气相和水介质疲劳。

1、应力腐蚀：又称静疲劳，是腐蚀介质和静应力共同作用产生的腐蚀破坏。其疲劳破坏过程中只有静应力，而无循环应力。

2、预腐蚀疲劳：腐蚀介质与循环应力先后（腐蚀疲劳是同时作用）作用产生的疲劳破坏，它只是两种过程的机械组合。

3、气相疲劳：大气疲劳中常见的一种。

4、水介质疲劳：最典型的腐蚀疲劳。常见的水介质有淡水、海水或盐水，水溶液的腐蚀作用往往比气相疲劳严重。对于水溶液的腐蚀疲劳机制，现在多倾向于阳极腐蚀和氢脆理论（见文末Note）。

对于应力腐蚀：

只是在特定条件下才会发生，这些条件包括：

1、只有合金才产生应力腐蚀，纯金属不会发生；

2、必须具有一定数值的拉应力才会发生应力腐蚀，拉应力可以是外加的，也可以是内应力；

3、产生应力腐蚀的介质都是特定的，即某种材料对某些介质敏感，而其他介质对它没有明显作用。

此外，应力腐蚀也分为裂纹形成、裂纹扩展和最终断裂三个阶段。其中，裂纹形成寿命约占总寿命的90%，最终断裂是在一瞬间完成的。其断裂可以是晶界断裂，也可以是穿晶断裂。低碳钢、低合金钢和铝合金一般是晶间断裂。

三、腐蚀疲劳强度的影响因素

主要的因素有加载频率和应力波形、加载方式、平均应力、应力集中、试样尺寸和表面状况等。

1、加载频率和应力波形的影响

与空气疲劳不同，加载频率对疲劳寿命影响很大。在通常的高周疲劳范围，疲劳寿命与加载频率对数间的关系大体上呈线性。在低于每分钟几个循环的低频下，频率的影响减小，应力波形成为主要。

2、加载方式的影响

旋转弯曲和平面弯曲下的腐蚀疲劳强度无大差别，腐蚀对扭转疲劳强度的影响比弯曲小。

3、平均应力的影响

平均应力对腐蚀疲劳强度的影响比空气中大，影响规律与空气相似：平均拉应力使极限应力幅线性降低，平均压应力使极限应力幅增加。

4、应力集中的影响

缺口对疲劳强度的影响比空气中小。缺口较钝时，缺口试样在淡水中的腐蚀疲劳强度比空气中低；缺口尖锐时，腐蚀的影响减小。

5、试样尺寸的影响

只能粗略地认为尺寸因素对腐蚀疲劳强度的影响不比空气中小。

6、表面状况的影响

其对腐蚀疲劳强度的影响较小，锻压和铸造氧化皮反而使腐蚀疲劳强度增加。但是，当氧化皮局部破裂时危害很大。高频感应淬火及其他能在试样表面建立残余压应力的表面强化方法对提高腐蚀疲劳强度非常有效。

Note、阳极腐蚀和氢脆理论：

阳极腐蚀理论认为，变形金属在腐蚀液中成为阳极，非变形金属成为阴极。阳极上的金属离子不断溶解于水中，从而被腐蚀。另外，若在腐蚀过程中产生氢，则氢易在金属中扩散引起氢脆，导致氢致疲劳。

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