早期对应力腐蚀开裂的研究是采用光滑试样,在特定介质中于不同应力下测定金属材料的滞后破坏时间。用这种方法已积累了大量的数据,对于了解应力腐蚀破坏问题起了一定作用。但还有很多不足之处,主要有:
(1)因数据分散,有时可能得出错误的结论。
(2)不能正确得出裂纹扩展速率的变化规律。
(3)费时,且不能用于工程设计。
对应力腐蚀的研究,都是采用预制裂纹的试样。将这种试样放在一定介质中,在恒定载荷下,测定由于裂纹扩展引起的应力强度因子K随时间的变化关系(具体测试方法将在下面介绍),据此得出材料的抗应力腐蚀特性。
例如图5-1所示Ti-8Al-1Mo-1V,其K1c=100MPa.m1/2。在3.5%盐水中,当初始K值仅为40MPa.m1/2时,仅几分钟试样就破坏了。如果将值K稍微降低,则破坏时间可大大推迟。当K值降低到某一临界值时,应力腐蚀开裂实际上就不发生了。这一K值我们称之为应力腐蚀门槛值,以K1SCC表示(SCC是Stress Corrosion Cracking的缩写)。
(1)K 应该指出,高强度钢和钛合金都有一定的门槛值K1SCC,但铝合金却没有明显的门槛值,其门槛值只能根据指定的试验时间而定。一般认为对于这类试验的时间至少要1000小时,使用这类K1SCC数据时必须十分小心。特别是如果所设计的工程构件在腐蚀性环境中应用的时间比产生K1SCC数据的试验时间长时,更要小心。 除了用K1SCC来表示材料的应力腐蚀抗力外,也可测量裂纹扩展速率da/dt。 下面简单介绍应力腐蚀破裂的测试方法。 一种是载荷恒定,使K1不断增大的方法,最常用的是恒载荷的悬臂梁弯曲试验装置。另一种测定K1SCC的方法是位移恒定,使K1不断减少,用紧凑拉伸试样和螺栓加载。 这两种方法各有其优缺点。用悬臂梁弯曲方法可得到完整的K1初始-断裂时间曲线,能够较准确的确定K1SCC,缺点是所需试样较多。恒位移法不需特殊试验机,便于现场测试,原则上用一个试样即可测定K1SCC值,缺点是裂纹扩展趋向停止的时间很长。当停止试验时,扩展的裂纹前沿有时不太规整,在判定裂纹究竟是扩展了还是已停止扩展发生困难,因此在计算K1SCC时就有一定误差。