正航仪器电化学研究与断裂力学方法

正航仪器电化学研究与断裂力学方法
从电化学角度看，金属材料受特定介质作用而导致应力腐蚀一般都发生在一定的敏 感电位范围内。Parkinst提出了用动电位快慢扫描法来确定应力腐烛敏感电位区间，该 方法从较负的电位开始，分别以快速（IV/min)和慢速（lOmV/min)向较高的阳极电位 进行动电位扫描，从而测出快扫描极化曲线、慢扫描极化曲线两条不同的极化曲线。前 者模拟了裂尖金属的电流-电位关系，金属来不及钝化，裂纹尖端处于快速溶解的活化 态；后者模拟了裂纹侧表面的电流-电位关系，金属表面易于成膜，裂纹侧壁处于钝化 态。比较这两条曲线，当这两条极化曲线在某电位区间内电流密度差>lmA/cm2时，这 个电位区间就是活化-钝化过渡状态的电位范围，即应力腐蚀敏感电位区间，也就是说 在这一电位范围内可能发生应力腐蚀。
其它常用的电化学研究方法如腐烛电位、线性极化法、稳态极化法、动电位扫描极 化法、E-pH图以及交流阻抗测试等电化学方法都被广泛地应用在应力腐烛研究中tM?45
二十世纪60年代，Brown等首先将断裂力学应用于应力腐蚀研究中来，开拓了一 个新的领域。断裂力学方法采用的是带预裂纹的试样，在光滑试样上用机械方法加工一 个切口，然后用疲劳载荷（或者用机械突入法）在切口根部产生裂纹，然后将试样加一 定载荷后置入试验环境中进行试验。和光滑试样相比预制裂纹试样具备以下优点。
5某些材料（如钦合金），当用光滑试样进行试验时，裂纹产生迟缓或完全不 开裂，而用预制裂纹试样，能在合理的时间内就能破裂。
6可以避开各试样互不相同的，有些是过长的孕育期。测出扩展速率da/dt 以及应力水平（以应力强度因子K,表示）与da/dt的函数关系。
7可以求得应力腐烛临界应力强度因子Kiscc,这对于进行工程设计及避免产 生突发性的SCC事故具有一定的实用价值。
预制裂纹试样根据应力强度因子随裂纹扩展变化规律可分为三类：K,不变试样， Ki减小试样，K|增大试样。
恒载荷增K型试样用于悬臂梁弯曲试验，负载恒定，随着裂纹的扩展，Ki，增加。 载荷一般是恒拉伸或弯曲。
恒位移降K型试样随着裂纹的扩展，Ki减小。常用的是楔形张开加载和双悬臂梁 (DCB)试样，通过螺钉或模子加载，使裂纹张开达到一定的位移。在试验过程中位移 保持恒定，当裂纹扩展时，裂纹长度a增大，使Ki增大；而随着裂纹扩展，螺钉力松 池，所加载荷减小，使得K|下降。对于恒位移试样，载荷下降对Ki的影响大于a增大 的影响，故随着裂纹的扩展，裂纹前端的Ki不断下降。当K|下降到等于材料在特定介 质中的应力腐烛临界应力强度因子Kiscc时，裂纹就停止扩展。恒位移试样具有下列优 点：
7由于采用螺钉自行加载，不需要复杂的设备，而且可在实际的腐烛环境中作 试验，从而获得实际使用介质中的应力腐烛敏感性数据。
7用一个试样就可获得从Kiscc和da/dt的数据。
7由于这类试样主要用于观察裂纹扩展和止裂，故对预制裂纹试样的加工要求
较宽。
恒K型试样随着裂纹的扩展，试样的弹性变形和裂纹的长度保持线性关系，因此 K|恒定。这种试样适用于研究裂纹的亚临界扩展动力学，对测定da/dt对K,的关系 时很有说服力。