正航儀器電化學(xué)研究與斷裂力學(xué)方法

正航儀器電化學(xué)研究與斷裂力學(xué)方法
從電化學(xué)角度看，金屬材料受特定介質(zhì)作用而導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕一般都發(fā)生在一定的敏 感電位范圍內(nèi)。Parkinst提出了用動電位快慢掃描法來確定應(yīng)力腐燭敏感電位區(qū)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(guān)系，金屬來不及鈍化，裂紋尖端處于快速溶解的活化 態(tài)；后者模擬了裂紋側(cè)表面的電流-電位關(guān)系，金屬表面易于成膜，裂紋側(cè)壁處于鈍化 態(tài)。比較這兩條曲線，當這兩條極化曲線在某電位區(qū)間內(nèi)電流密度差>lmA/cm2時，這 個電位區(qū)間就是活化-鈍化過渡狀態(tài)的電位范圍，即應(yīng)力腐蝕敏感電位區(qū)間，也就是說 在這一電位范圍內(nèi)可能發(fā)生應(yīng)力腐蝕。
其它常用的電化學(xué)研究方法如腐燭電位、線性極化法、穩(wěn)態(tài)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(xué)方法都被廣泛地應(yīng)用在應(yīng)力腐燭研究中tM?45
二十世紀60年代，Brown等首先將斷裂力學(xué)應(yīng)用于應(yīng)力腐蝕研究中來，開拓了一 個新的領(lǐng)域。斷裂力學(xué)方法采用的是帶預(yù)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(chǎn)生裂紋，然后將試樣加一 定載荷后置入試驗環(huán)境中進行試驗。和光滑試樣相比預(yù)制裂紋試樣具備以下優(yōu)點。
5某些材料（如欽合金），當用光滑試樣進行試驗時，裂紋產(chǎn)生遲緩或完全不 開裂，而用預(yù)制裂紋試樣，能在合理的時間內(nèi)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(yīng)力水平（以應(yīng)力強度因子K,表示）與da/dt的函數(shù)關(guān)系。
7可以求得應(yīng)力腐燭臨界應(yīng)力強度因子Kiscc,這對于進行工程設(shè)計及避免產(chǎn) 生突發(fā)性的SCC事故具有一定的實用價值。
預(yù)制裂紋試樣根據(jù)應(yīng)力強度因子隨裂紋擴展變化規(guī)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(zhì)中的應(yīng)力腐燭臨界應(yīng)力強度因子Kiscc時，裂紋就停止擴展。恒位移試樣具有下列優(yōu) 點：
7由于采用螺釘自行加載，不需要復(fù)雜的設(shè)備，而且可在實際的腐燭環(huán)境中作 試驗，從而獲得實際使用介質(zhì)中的應(yīng)力腐燭敏感性數(shù)據(jù)。
7用一個試樣就可獲得從Kiscc和da/dt的數(shù)據(jù)。
7由于這類試樣主要用于觀察裂紋擴展和止裂，故對預(yù)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(guān)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(xué)，對測定da/dt對K,的關(guān)系 時很有說服力。