碳鋼材料和合金彈簧材料的應(yīng)力蝕破裂
最早發(fā)現(xiàn)低碳鋼材料的應(yīng)力腐蝕破裂廳彈簧材料爐的威破裂，其后相繼發(fā)現(xiàn)了俯酸銨溶液蒸發(fā)設(shè)的應(yīng)力腐蝕飯裂，低線彈簧材料造的煤氣洗滌設(shè)備的破裂，含硫的油、氣井設(shè)備，無水氨和液貯槽、三氯化鐵溶液，發(fā)煙碗酸、氮氰酸、磷酸鈉溶液的存貯設(shè)備，以及在海水、海濱大氣、工業(yè)大氣中的低碳鋼材料設(shè)備的應(yīng)力腐蝕依裂。即而又發(fā)現(xiàn)了在H20-0-C0g混合物以及有機(jī)氧化物中的低碳鋼材料應(yīng)力腐蝕破袋。
在酸性介質(zhì)中，彈簧材料的強(qiáng)度將下降而且保持時(shí)問越長強(qiáng)度下降得越多。這是カ于增領(lǐng)引起的.若同時(shí)加拉伸載荷，則將在金屬表面萌生腐蝕裂紋，前采用時(shí)放的辦法，可使彈簧材料中的氫逸出，從而恢復(fù)彈簧材料的強(qiáng)度，但后者卻因?yàn)楦偭鸭y的出現(xiàn)而無法恢復(fù)。所以，應(yīng)力腐蝕是個(gè)不可逆的破壞過程。
試驗(yàn)表明，彈簧材料在回火馬氏體組織狀態(tài)下于各種酸甘介質(zhì)中的抗應(yīng)力腐蝕的能力人致相同，都較低。這是閃為，談在一定溫度回火，在增氣的蝕介質(zhì)中對力腐餃敏感將增人。
表畫回火對鍋的應(yīng)力離蝕敏感性有顯幕的影響。通過淬火及表面回火保證彈簧材料的硬度為HR(20~30時(shí)，可以獲得最高的應(yīng)力離蝕抗力。此時(shí)的組織是回火宋氏體。通過表面高頻感應(yīng)加熱淬火可以提高碳鋼材料的抗應(yīng)力蝕長能，這是由于表面層產(chǎn)生不同的殘余樂應(yīng)力及不同的金屬組織引起的。由于感應(yīng)電流快速加然導(dǎo)致彈簧材料的組織細(xì)化和表面金屬顯微硬度提高，在表層中均產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，從而有劉于彈簧材料的抗應(yīng)力腐蝕性能的改善。
彈簧材料的純度也會明顯影響其抗應(yīng)力腐蝕性能，由于網(wǎng)火馬氏休靈回火屈氏本組織具有很高的應(yīng)力衡蝕敏感，低溫回火細(xì)晶粒組織對切口應(yīng)力集中，對非金屬夾雜的敏感性高，純凈的彈簧材料和夾雜含量較高的銀的應(yīng)力實(shí)蝕臨界應(yīng)力值任低溫回火時(shí)差別最大。隨著回火度的升高，這種老異減少，另外，較純凈的彈簧材料的申化學(xué)均今性較高。因此，較約凈彈簧材料在淬火并450~550C國火時(shí).其應(yīng)力腐誠抗力提高6.8倍，在堿介質(zhì)中的應(yīng)力魔開裂是一種常見的應(yīng)力魔蝕破壞現(xiàn)緣，即通常所謂的“堿脆”現(xiàn)象。彈簧材料在堿性溶液中的應(yīng)力滿蝕破裂常常發(fā)生在焊接結(jié)構(gòu)和設(shè)備受載變形的備中。圖818是20G彈簧材料焊接接頭板狀缺Π試樣在30%NaOH(工業(yè)純)和接近沸點(diǎn)(L17)溫度恒載拉伸試驗(yàn)結(jié)果。由幽可見，其應(yīng)力腐蝕臨界斷裂應(yīng)力，大約為313~330MPa，已起過了低碳鋼材料的屌服強(qiáng)度。試驗(yàn)表明，當(dāng)應(yīng)力高于比例限及NaOH 濃度為[00gt時(shí)，鍋爐銷材發(fā)牛成力腐蝕破裂，低濃度的堿液產(chǎn)牛城臉的可能性較小，鍋爐水發(fā)生堿脆破裂是出于在鉚接鍋爐的接縫處或其它容易造成堿的局部農(nóng)縮條件的地方，那里會有大重的OH 不新擴(kuò)散進(jìn)入團(tuán)塞區(qū)內(nèi)，出現(xiàn)局部堿隱藏現(xiàn)象;低碳鋼材料的斷裂多發(fā)生在缺口處，說明低碳鋼材料脆破裂對缺口較敏感；一般試驗(yàn)數(shù)據(jù)都較分散，說明應(yīng)力腐蝕袋紋在亞臨界擴(kuò)展階段對環(huán)境條件的影較敏病。
低碳鋼材料版及其坦按接頭在堿溶液中應(yīng)力族蝕開裂并不十分敏感。但是當(dāng)應(yīng)力接近或超過材料的屈服強(qiáng)皮時(shí)，待別是在仔在應(yīng)力集中、變集中的焊趾處，或在在很大爆接拉伸束應(yīng)力時(shí)，可能發(fā)生藏脆被裂。
彈簧材料在硫化物介質(zhì)中的應(yīng)力胸蝕破裂也是工程中，特別是天然氣廾采和石油工業(yè)中常見的嚴(yán)重的破壞現(xiàn)象。石油油共套管柱、液化石油氣球罐的破裂，輸泊及然氣臂道的泄漏以及凝析氣設(shè)備的斷裂都是彈簧材料在 H2S介質(zhì)中引起底力廣蝕破裂的實(shí)例。許多家用液化氣雄的爆炸，也屬于硫化物破裂。
碳素彈簧材料及低合金鍋，特別是高強(qiáng)度鍋及超高強(qiáng)度綱在HS介質(zhì)中對1力展蝕十分敏感。九其是彈簧材料在輝接啟更是如此：H,S應(yīng)力腐訣破我的傾向基本上隨野的強(qiáng)度并高而增加。當(dāng)應(yīng)力>os時(shí)，幾平所有的彈簧材料種，都有可能發(fā)生硫化物的應(yīng)力離蝕破裂。表8-2列出了幾種低合金高強(qiáng)度彈簧材料在HS氣體 ，H2S飽和水溶液反水中的應(yīng)力腐蝕臨界應(yīng)力強(qiáng)度了K及裂紋擴(kuò)展速率da/dt。由表中可見，隨彈簧材料的強(qiáng)度增加，Kvg.下降，da/d增加。四種低合金高強(qiáng)度彈簧材料在各個(gè)強(qiáng)度等級下，在HS溶液中的K:on值均顯著低下在水介質(zhì)的K值。相應(yīng)地，da/dt 數(shù)值的變化則相反。關(guān)十金屬材料在HS介質(zhì)中的應(yīng)力窩蝕髏裂機(jī)理尚不太清楚，老數(shù)人認(rèn)為高強(qiáng)度彈簧材料在HS介質(zhì)巾的應(yīng)力腐蝕破裂屬于環(huán)境氫脆型的任常規(guī)水及水蒸氣環(huán)境內(nèi)也會引起某些金歷從料的應(yīng)力腐蝕破裂，特列是高強(qiáng)度和超高強(qiáng)度彈簧材料。圖8.19為 37SiMnCiMoV彈簧材料在負(fù)荷應(yīng)人強(qiáng)度 K為0.84~0.92K，環(huán)境溫度為3-2C條件下，空氣相對濕度對預(yù)制表面裂紋試樣斷裂時(shí)間的影響曲線。由圖可見、當(dāng)相對度>70%以上時(shí)，試樣延遲斷裂時(shí)間有急劇變化，最長不超過30h。
圖8-20為三種超高強(qiáng)度彈簧材料在0.5% KgCn水溶液中應(yīng)力腐蝕破裂曲線，用材料的比值Kg/K可以表征材料對應(yīng)力腐蝕的敏感性，28彈簧材料、37彈簧材料和30鍋的KL/K分別為0.49.0.29和0.28.
這些效搭表明，三種超高強(qiáng)度彈簧材料興要在很低的負(fù)倘下，即會發(fā)生水質(zhì)應(yīng)力腐蝕破裂。
關(guān)于高 度彈簧材料的水質(zhì)應(yīng)力腐蝕破裂的機(jī)理，目前公認(rèn)的觀點(diǎn)是屬于陰極吸氫型力腐蝕。
在氯化物介質(zhì)中，一些碳素彈簧材料和低合金彈簧材料只要通過熱處理獲得馬氏體、貝氏體或屏氏體組織就會在很低的應(yīng)力下速發(fā)生斷裂。馬氏懷彈簧材料在氯化物溶液中有很強(qiáng)的應(yīng)力腐蝕傾向性，而且對表面存在的缺口豐常敏感，馬氏體時(shí)效彈簧材料是全部高強(qiáng)度彈簧材料中應(yīng)力腐蝕傾向性最低的。仙是強(qiáng)度很高的氏休時(shí)效彈簧材料，冽刻1:18N(300)彈簧材料.在3.59NaCI落液中，當(dāng)pH值低干1.7時(shí),其K，僅是 Fk值的 10%左右。
一般說來，應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展速率隨著彈簧材料的強(qiáng)度水平增高而迅速加快，如圖8-21所示。
新數(shù)人認(rèn)為，高強(qiáng)度彈簧材料在氯化物中的應(yīng)力腐蝕破裂是環(huán)境氫脆，而不是陽極溶解型的應(yīng)力腐蝕。
