弹簧应力腐蚀的保护措施

　　弹簧应力腐蚀的保护措施

　　改善弹簧腐蚀性环境、采取必要的保护措施

　　（1）改变介质条件，在可能的情况下，应避免活性弹簧腐蚀介质或减少和控制有害介质的数量。没法消除或减少产生弹簧腐蚀破裂的有害化学离子；

　　（2）改变牛产过程中溶液的温意、浓度、杂质含量和pH值。根据实验结果和经验数据，适当调控上述参数，使之女于最六利于应力弹簧腐蚀现象发牛的水半上。当然，不一定几个参数同时达理想值，需根据实际需要与可能，抓主要矛盾；

　　（3）运确地利用缓蚀剂，改变弹簧腐蚀环竞的件质。对实际情况，恰当地选用缓蚀剂可以明显减缓应力牌蚀过程。任一种缓蚀剂都！能改变介质的pH值；促进阴极或者阳被发化，阻止氢的侵入或有害物质的吸附等。缓蚀剂的选择可参阅有关资料。

　　（4）买取外训电位的方法，使金属在介质中的也位远离应力弹簧腐蚀破裂敏感电位区，如较常用的阴极保护和附极保护法等，具体方法的选择应依实际材料和介质情况而定。

　　3.合理选材和采取适当约表面处理及热处埋工艺

　　（1）由于应力弹簧腐蚀过程取决于敏感金属和特定弹簧腐蚀环境的特殊组合，合理地选材就成为防止或减缓应力蚀现象最基础的上作。应尽量选择在所月介质中尚未发现应力弹簧腐蚀破裂现象或不大敏感的材料，K较高的材料、通常应选用真空熔炼、真重熔.

　　真空浇注等工艺生产的合金材料，以保证较高的纯净度，止过多的非金属夹杂物。还应注意到，许多合金在常温或较高温度下沉淀硬化可大提高应力弹簧腐蚀敏感性，而过时效、分级时效或形变时效却可显著提高高强铝合金的抗应力弹簧腐蚀性能；

　　（2）通过采用各种强韧化处理新工艺（如超高温淬火、亚温淬火等），改变合金相的相组成，相形态及分布。即通过改变合金的成分和组织结构，消除杂质元素的偏析，细化晶粒，提高成分和组织的均匀性，提高材料韧性，进而改善合金的亢应力弹簧腐蚀性能；

　　（3）采用有机涂层，无机涂层或覆以金属涂层，或用隋性气体覆盖金属表层以及采用蔡油，加阻化剂等方法阻止金属与可能产生应力弹簧腐蚀破裂的弹簧腐蚀剂直接接触。高强度钢用环纸漆、聚氨酯涂层、聚烃氧类保护十分有效。钻涂层对工业大气叶高强钢及酪锌底漆对Al合金保护也很有效，镀锅，镀锌也可以防止各种对料的演力弹簧腐蚀破裂，但采用镀镉、镀锌或无机锌涂层可能会起电键件的氢脆，电镀后应热处理去氢。

弹簧钢在锻造或热处理加热时，当加热温度超过AC以上很多时或在高温停留时间过长会发生过热

　　弹簧延性沿晶断裂弹簧延性沿晶断裂

　　断裂路径是沿晶界的，新裂方式是弹簧延性的。存断裂过程中沿晶界产牛了一定的塑性变形，但宏观断口觉察不到塑性变形痕迹，微观断日表面上有大量细小韧窝。

　　弹簧钢的过热断口是典型的弹簧延性沿晶断口。

　　弹簧钢在锻造或热处理加热时，当加热温度超过AC以上很多时或在高温停留时间过长会发生过热，弹簧钢中 MnS 夹杂溶解，Mn和S向奥氏体晶界偏聚，晶粒粗大，铁素体沿品界星羽毛状分布出现所谓魏氏织。过热弹簧钢淬火时，MnS沿奥氏体晶界折出，削弱了品界强度。淬火组织马氏体粗大，残留奥氏体量增多。受外力时在晶界的最薄弱环节一MnS与基体界面处首先形成显微孔洞，孔洞不断长大，聚集，造成断裂。过热弹簧钢的冲击切性和塑性显著下降。

　　过热弹簧钢宏观断口为石状断口，石状颗粒越多、越大过热越严重，过热断口颜色浅灰，无金属光洋。奶 MnS 沿某结晶面偏聚、析出还可能出现穿站断口。

　　弹簧钢铁材料中含氮量和含铝量偏高时，容易产生片状AIN忻出造成弹簧延性沿晶渐口：乌氏体时效弹簧钢，在高于1200心C古溶退火后，缓慢冷却通过1000-750心温度范围，能够产生海片状Ti(C.N)沿晶断口:

　　弹簧延性沿晶断裂的机理是在外力作用下首先在晶界最薄弱处一分散粒子与母相界面处产生裂纹源，然后以前切方式形成空洞，空洞K大，连接形成沿晶韧窝断裂。

　　弹簧延性沿晶断口形貌和晶界上沉淀相的大小及分布有关:沉淀机密度越高，韧窝的密度就大，裂纹扩展所需要的能量就越少。当沉淀相的尺寸增加到在晶界面上己占相当比重时，断口形貌就逐渐变脆，见图9-17。

应力腐蚀断裂的弹簧断口形貌与弹簧材料的漏体结构、机械性能、合金成份、热处理状态、环境条件及应力等有关。

　　应力腐蚀弹簧断口形貌和特征

　　应力腐蚀断裂的弹簧断口形貌与弹簧材料的漏体结构、机械性能、合金成份、热处理状态、环境条件及应力等有关。一般宏观上看不到明显的塑生变形，呈脆断特征。应力腐蚀裂纹源常常发生在弹簧材料的表面，通常情况下是多源的，这些裂纹在扩展过程中发生合并，当应力腐蚀裂纹扩展到一定程度时将引起最终断裂，可以观察到，应力腐蚀弹簧断口宏观形貌具有应力腐蚀扩展区域和最终断裂区域的特征，前者早现暗褐色，常常可以观察到腐蚀和氧化产物，因化学或电化学作用往往在裂纹源处形成腐蚀坑。弹簧断口上可见明显的放射件条纹，其汇聚处为裂源，每个裂源区城常为半圆形，在瞬断区，包括撕裂和剪切唇两部分，具有金属光泽，表现出基体弹簧材料的特征。

　　应力腐蚀裂纹基本上沿垂直于拉应力的方向扩展，且有分又，其形貌呈树枝状，如图8-2所示，与纯机械应力造成的裂纹形态截然不同。从裂纹表面的纵断面金相照片看，裂纹的形貌像一条河流，河床有宽有窄，还有许多“湖泊”，那就是腐蚀坑，尤其是背性钠引起的应力腐蚀裂纹，更具有多分枝的特征，而且裂纹的尾部较尖。接件应力腐蚀裂纹的形态从表面上看，裂纹的分布是稀松的网状或龟裂的形式，如图8-3所示。如在焊缝表面，多以近似横向裂纹分布。

　　由于弹簧材料的晶体结构、机械性质、合金成份、热处理状态、环境气氛、温度及应力状态的不同，应力腐蚀裂纹可能是沿晶的、穿晶的，也可能是混合型的，见图8-4。

　　在一般情况下，低碳钢、低合金钢、铝合念、u-黄铜多为品间断裂，裂纹大致沿垂直于拉伸应力的晶界向弹簧材料深入延伸：航空用超高强度钢，似平沿原来的奥氏体晶界开裂；镁合金可能是穿晶的或晶间的，决定于热处理状态；β-黄铜和暴露在氧化物中的奥氏体不锈钢，大多数情况是穿品的，奥氏体不锈钢在热碱溶液中是穿晶还是晶间断裂，决定于腐蚀剂的温度。品界上的沉淀相可能是易于溶解的部位，因而有利于晶间腐蚀。

　　含1%Ni的铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢在沸腾的MgCl?溶液中呈穿晶型破裂；铁格镍合金的苛性碱溶液中的破裂形式是晶间破裂到穿品破裂，而在氯化物溶液中完全是穿品破裂；镍基合金在含铝的水溶液中是穿晶型破裂，而在含水溶液中是晶间型彼裂。

　　低碳钢在硝酸盐溶液中的应力腐蚀破裂是典型的沿晶破裂，呈“冰糖状”弹簧断口，如图8-5所示。从弹簧断口的扫描电镜照片上看，晶间破裂呈冰糖状的脆性弹簧断口；穿晶型破裂弹簧断口一般呈准解理或解理状的跪性弹簧断口，如图8-6所示。

　　对于高强钢，在不同的城力强度因子K值下，断山的形态不一样，如图8-7所示。图中（a）为高K值时的微坑型弹簧断口；（b）为中等K值时的准解理或晶间型弹簧断口；（c）为低K的时的晶间型弹簧断口，并伴有撕裂棱；（d）为最低K值时的晶间型断裂，且无撕裂棱.

　　另外，应力腐蚀弹簧断口的电子显微图象还常出现一些扇形花样、腐蚀坑、块状花样及泥状花样等微观形貌特征，如图8-8所示。

　　虽然应力腐蚀断门在宏观上呈跪性断裂特征，微观却可能发现微米级的塑性变形。因此，应力腐蚀弹簧断口图像上除观察到类似解理开裂的扇形化样外，还能观察到韧性断裂的韧窝花样或蛇形滑移等塑性开裂形貌特征。如图8-9所示。

　　有些弹簧断口可能由于大量腐蚀产物的存在，使得微观形貌不太清晰，如图8-10所示，但还可以辨认出沿晶开裂的特点。

　　应力腐蚀弹簧断口微观图像上经常可以看到二次裂纹，有的二次裂纹是沿晶的，也有的呈穿品特点。如图8-11所示。

各种材料都只有在其弹簧应力腐蚀敏感性较强的特殊环境中才会发生弹簧应力腐蚀破裂

　　弹簧应力腐蚀破裂过程

　　弹簧应力腐蚀破裂的一般过程如前所述，弹簧应力腐蚀破裂对环境有着非常明显的选择性，各种材料都只有在其弹簧应力腐蚀敏感性较强的特殊环境中才会发生弹簧应力腐蚀破裂，每组不同的特殊组合都对应着不太一致的弹簧应力腐蚀机制。但是经长期的研究实践，人们还是归纳出了具有共性的弹簧应力腐蚀的一般过程。关于弹簧应力腐蚀破裂过程的三阶段理论，较好的总结了包括电化学过程和非电解质中、非金属中的破裂规律，概括地说明了环境中的各项物质分别在三个阶段中是促进破裂还是起缓解腐蚀的作用，可以描述弹簧应力腐蚀破裂的一般过程。

　　三个阶段分别为：

　　1.金属表面形成保护膜几乎所有发生腐蚀开裂的合金均能形成表面保护膜或钝化腰，使得金属不直接暴露于腐蚀介质中。

　　2、保护膜局部破裂，形成蚀孔或裂纹源由于某种原因造成保护膜的局部破损，使基体金属直接与介质接触，桑露的金属表面形成阳极，而未破损的的保护膜覆盖的表面形成阴极，形成腐蚀电池，使阳极金属被腐蚀。同时暴露出的新鲜表面又会自动成膜，实现白修复。当保护膜的破坏速度大于修复速度时，弹簧应力腐蚀裂纹就得以扩展。金属中引起表面膜局部破坏的因素有：

　　（1）环境因素，环境中存在能破坏钝化膜的活性离子，如l一、Br一等。

　　（2）冶金因素，金属表面的缺陷，如露头的螺位错会造成模的破口，非金属夹杂物、晶界和相界等处都易于产生局部腐蚀。局部缺陷的大小由直径为几个原子至几毫米。

　　（3）力学因素，在应力作用下产生的突品表面的滑移台阶可能使保护膜被撕裂。

　　3.裂纹向纵深扩展。如果具备上述两个条件，腐蚀形态将限于孔蚀和缝隙腐蚀，使得腐蚀只沿着-条狭小通道向合金内部发展，面不在表面扩展，扩展机制如下：

　　（1）拉应力促使膜不断地间歇地破裂，当膜再饨化能力处于狭窄的，合适的范围内时，腐蚀就沿一个狭窄的破口前进，有膜部分受到阴极保护。

　　（2）在破口或裂纹尖端，形成独特的闭塞区，裂尖金属溶解，阴离子迁入，pH值下降，使腐蚀加速，同时阴极反映生成的氢部分扩散到裂纹尖端金属内部，引起脆化。

　　（3）合金内部存在活性通道，可能是预先存在或由干弹簧应力腐蚀过程中产生相变、屈服等而形成。腐蚀和脆断在拉应力作月下沿活性通道前进。

　　上述弹簧应力腐蚀破裂的过程如图8-12所示。而图S-13则说明了弹簧应力腐蚀裂放的萌生和亚临界扩展以及机械失稳断裂的速率。

　　图中，A曲线表示塑性较好的金属材料；B曲线表示塑性较差的金属材料；C曲线表示脆性材料，例如淬火后的H-11模具钢等。

在腐蚀介质中，某些金属或合金在控弹簧应力作用下所产尘的延迟破坏现象，称为弹簧应力蚀破坏。

　　弹簧应力腐蚀破裂

　　在腐蚀介质中，某些金属或合金在控弹簧应力作用下所产尘的延迟破坏现象，称为弹簧应力蚀破坏。若所受弹簧应力为交变弹簧应力，则介质膜蚀与疲劳两种损伤机理联合产生的破坏称为蚀疲劳破坏。

　　由于近代T业的发展，在石油、化T、冶金、造船、动力、原子能、宇航及机械制造业等领域内的弹簧应力腐蚀破裂奉故日益突出。山才弹簧应力腐蚀破裂事故造成的损失也十分惊人，弹簧应力腐蚀与低弹簧应力脆断和疲劳并列为当令工程断裂事故的三个土要原因。

　　弹簧应力窝蚀通常都是在低屈暖极限的弹簧应力水平机较弱的腐蚀介质作用下产生的。金属在腐性不严重的情况下，经过一段时间便发生低弹簧应力脆新，故往往是在没有宏观预兆时突然发生的，特别危险。

　　弹簧应力商蚀间题及化学、金属物理学、冶金学和力学等多方面内容、如图8-1所示。对这一问题的研往往从不同度入手，也有许多不同的见解，至今还有许多问题有待探讨。

　　弹簧应力病蚀是有条件发生的，导纹弹簧应力蚀破裂的环境化学成分对各金属系统是丰常专门和特殊的，还没有发现什么菩的模武，但下述弹簧应力将蚀破裂的基本条件和特征录得到公认的。

　　1、弹簧应力旗蚀破裂头在一定的村料一介质组合条件下才能发表8-1为几种材料发生弹簧应力腐蚀约环境介质。

　　2.拉弹簧应力是产生弹簧应力病蚀破裂的必要条仁。拉弹簧应力可能来源于外载荷的作用，也可能足焊接、冷热加工引起的残余弹簧应力或装配弹簧应力等。拉弹簧应力越人，引起开裂的时间越短，弹簧应力小于某一弹簧应力值时便不发生或在很长的时间才发生破裂，此弹簧应力即为弹簧应力腐蚀破裂临界值，在温度、介质条件固定时，可将它看作材村常数。

　　据断裂力学的观点，考虑到材-仔在各种微观缺陷的必然性，材料的抗弹簧应力腐蚀能力可用临界弹簧应力强度子K1n表征。当在介质中的材料的弹簧应力强度因子K1.小于K1e时，将不发生弹簧应力腐蚀破裂。K1o是材料在给定条件下（通常是以一定的廷迟断裂时间为基础）的临界值，条件改变时K1值将发生变化，K1xe必须在给定的条件下实验测定。Kiee数值与材料在常规条件下的断裂韧性值K1的比值KIee'K1可以表征材料对弹簧应力腐蚀的敏感性，此值越小弹簧应力腐蚀敏感性越大。

　　3.材料成分、组织状态对弹簧应力腐蚀敏感性有很大影响。纯金属一般不发生弹簧应力腐蚀，但只要存在少量的合金元素，就会发生弹簧应力腐蚀破裂。材料的组织状态不同，弹簧应力腐蚀的敏感性也可能有很大的差别。

　　以上三条是弹簧应力腐蚀破裂发生的基本条件。

　　4.弹簧应力腐蚀破裂是一种延迟破坏现象，即在弹簧应力作用下，需经一定的时间，才能产生裂纹扩展，断裂的时间随介质条件和弹簧应力大小的不同可以从几分钟到数年不等。弹簧应力腐蚀裂纹的扩展速度远大于没有弹簧应力时的腐蚀速度，但比纯机械快速脆断慢得多。

　　5.弹簧应力腐蚀破裂是脆性断裂，即使是某些高韧性的合金在弹簧应力腐蚀破裂时，一般也不产生明显的宏观塑性变形。弹簧应力腐蚀裂纹可能是沿品的，也可能是穿品的，有封是混合型的，但沿品破裂居多。

　　6.弹簧应力腐蚀通常都在某些特定的部位有选择件地发生。一般可能在某一局部区域先形成腐蚀坑，袭纹产生于腐蚀坑尖角的弹簧应力集中处，形成的袭纹常常被腐蚀物所覆益，裂纹源区常常在机械缺口的根部或材料夹杂处。