正航儀器電化學研究與斷裂力學方法

正航儀器電化學研究與斷裂力學方法
從電化學角度看，金屬材料受特定介質作用而導致應力腐蝕一般都發生在一定的敏 感電位范圍內。Parkinst提出了用動電位快慢掃描法來確定應力腐燭敏感電位區間，該 方法從較負的電位開始，分別以快速（IV/min)和慢速（lOmV/min)向較高的陽極電位 進行動電位掃描，從而測出快掃描極化曲線、慢掃描極化曲線兩條不同的極化曲線。前 者模擬了裂尖金屬的電流-電位關系，金屬來不及鈍化，裂紋尖端處于快速溶解的活化 態；后者模擬了裂紋側表面的電流-電位關系，金屬表面易于成膜，裂紋側壁處于鈍化 態。比較這兩條曲線，當這兩條極化曲線在某電位區間內電流密度差>lmA/cm2時，這 個電位區間就是活化-鈍化過渡狀態的電位范圍，即應力腐蝕敏感電位區間，也就是說 在這一電位范圍內可能發生應力腐蝕。
其它常用的電化學研究方法如腐燭電位、線性極化法、穩態極化法、動電位掃描極 化法、E-pH圖以及交流阻抗測試等電化學方法都被廣泛地應用在應力腐燭研究中tM?45
二十世紀60年代，Brown等首先將斷裂力學應用于應力腐蝕研究中來，開拓了一 個新的領域。斷裂力學方法采用的是帶預裂紋的試樣，在光滑試樣上用機械方法加工一 個切口，然后用疲勞載荷（或者用機械突入法）在切口根部產生裂紋，然后將試樣加一 定載荷后置入試驗環境中進行試驗。和光滑試樣相比預制裂紋試樣具備以下優點。
5某些材料（如欽合金），當用光滑試樣進行試驗時，裂紋產生遲緩或完全不 開裂，而用預制裂紋試樣，能在合理的時間內就能破裂。
6可以避開各試樣互不相同的，有些是過長的孕育期。測出擴展速率da/dt 以及應力水平（以應力強度因子K,表示）與da/dt的函數關系。
7可以求得應力腐燭臨界應力強度因子Kiscc,這對于進行工程設計及避免產 生突發性的SCC事故具有一定的實用價值。
預制裂紋試樣根據應力強度因子隨裂紋擴展變化規律可分為三類：K,不變試樣， Ki減小試樣，K|增大試樣。
恒載荷增K型試樣用于懸臂梁彎曲試驗，負載恒定，隨著裂紋的擴展，Ki，增加。 載荷一般是恒拉伸或彎曲。
恒位移降K型試樣隨著裂紋的擴展，Ki減小。常用的是楔形張開加載和雙懸臂梁 (DCB)試樣，通過螺釘或模子加載，使裂紋張開達到一定的位移。在試驗過程中位移 保持恒定，當裂紋擴展時，裂紋長度a增大，使Ki增大；而隨著裂紋擴展，螺釘力松 池，所加載荷減小，使得K|下降。對于恒位移試樣，載荷下降對Ki的影響大于a增大 的影響，故隨著裂紋的擴展，裂紋前端的Ki不斷下降。當K|下降到等于材料在特定介 質中的應力腐燭臨界應力強度因子Kiscc時，裂紋就停止擴展。恒位移試樣具有下列優 點：
7由于采用螺釘自行加載，不需要復雜的設備，而且可在實際的腐燭環境中作 試驗，從而獲得實際使用介質中的應力腐燭敏感性數據。
7用一個試樣就可獲得從Kiscc和da/dt的數據。
7由于這類試樣主要用于觀察裂紋擴展和止裂，故對預制裂紋試樣的加工要求
較寬。
恒K型試樣隨著裂紋的擴展，試樣的彈性變形和裂紋的長度保持線性關系，因此 K|恒定。這種試樣適用于研究裂紋的亞臨界擴展動力學，對測定da/dt對K,的關系 時很有說服力。