不銹鋼的腐蝕疲勞極限一般界定為在指定的循環(huán)次數(shù)的強度。腐蝕疲勞的斷口也由三部分組成:疲勞源、疲勞裂紋擴展區(qū)和瞬時斷裂區(qū)。在疲勞裂紋擴展區(qū)往往覆蓋有腐蝕產(chǎn)物,瞬時斷裂區(qū)與一般疲勞斷口相同。腐蝕疲勞可劃分為四種形式:
(1)在腐蝕全過程中,金屬處于活化狀態(tài)。腐蝕疲勞裂紋往往產(chǎn)生于蝕孔的底部,斷口粗糙,裂紋上覆蓋有腐蝕產(chǎn)物。
(2)在破裂過程中,金屬處于鈍化狀態(tài),沒有蝕孔,只有少數(shù)裂紋,這種腐蝕疲勞難于與通常的疲勞相區(qū)別。
(3)腐蝕疲勞處于不穩(wěn)定的鈍化狀態(tài),開始時金屬處于鈍化狀態(tài),經(jīng)一定循環(huán)周次后,由于位錯移動產(chǎn)生的擠出型滑移臺階使金屬變?yōu)榛罨癄顟B(tài)。
(4)腐蝕疲勞處于受干擾的鈍化狀態(tài),如腐蝕疲勞與應(yīng)力腐蝕破裂、點蝕或晶間腐蝕疊加發(fā)生。
許多雙相不銹鋼具有良好的抗局部腐蝕性能,因此也有高的腐蝕疲勞抗力。
不銹鋼腐蝕疲勞裂紋源的形成機制有多種模型:
a. 點蝕形成裂紋機制
點蝕坑成為應(yīng)力集中的地方,在循環(huán)應(yīng)力的作用下,蝕坑處出現(xiàn)滑移臺階,然后滑移臺階優(yōu)先溶解,形成裂紋源。
b. 吸附理論
介質(zhì)中活性離子被金屬表面吸附,在微觀縫隙處產(chǎn)生楔子作用,應(yīng)力集中,并降低金屬結(jié)合力,成為疲勞源。
c. 滑移溶解機制
在循環(huán)應(yīng)力下,滑移過程出現(xiàn)滑移臺階,破壞了表面的鈍化膜而暴露出新鮮金屬表面,新鮮金屬表面被溶解。在反向滑移時,被溶解的表面不能重新閉合。這樣在循環(huán)應(yīng)力下,滑移臺階不斷被溶解,促進了裂紋的萌生。
d. 表面膜破裂機制
在循環(huán)應(yīng)力作用下,表面膜破裂,破裂處成為微陽極,周圍膜成為大陰極,在介質(zhì)和應(yīng)力共同作用下,膜破裂處較快地溶解成為疲勞裂紋核心。
腐蝕疲勞裂紋的擴展主要有兩種機制:陽極溶解和氫脆。陽極溶解和制認(rèn)為,機械破裂造成的新鮮表面在腐蝕環(huán)境中遭到陽極溶解,從而增大裂紋擴展速率。氫脆機制認(rèn)為,當(dāng)氫進入金屬裂縫尖端,弱化了金屬鍵,在下一循環(huán)載荷時增大了裂紋的擴展。近年的一些看法認(rèn)為,這是兩個相互關(guān)聯(lián)的過程。陽極溶解使局部裂紋尖端環(huán)境中的pH降低,從而增加氫進入金屬裂紋尖端的概率。