《飞机结构腐蚀与防护》课件-腐蚀疲劳

腐蚀疲劳飞机结构腐蚀与防护引入腐蚀疲劳的概念最初由Haigh于1917年提出，其所导致的破坏远超腐蚀和机械疲劳（即惰性环境下的纯疲劳）单独作用时间累积效应。腐蚀疲劳是航空、船舶、石油、天然气、化工、冶金、机械、海洋开发等工程结构安全的重要隐患之一。/CONTENTS目录腐蚀疲劳01腐蚀疲劳机理02腐蚀疲劳控制方法03腐蚀疲劳与应力腐蚀开裂04腐蚀疲劳PART01一、腐蚀疲劳概念腐蚀疲劳（CorrosionFatigue，缩写为CF）——是指腐蚀介质与交变应力协同作用，引起材料破坏的现象。腐蚀疲劳可以看做是应力腐蚀的一种特殊形式（应力是交变的）；也可看成是特殊环境（腐蚀介质）下的疲劳。为了突出腐蚀疲劳的特殊性，应力腐蚀狭义上仅指受静应力或非常缓慢变化应力作用下的腐蚀破坏。一、腐蚀疲劳影响因素腐蚀疲劳的演变过程受到力学因素环境因素材料因素相较于一般腐蚀、纯机械疲劳和应力腐蚀失效，腐蚀疲劳展现出其独特的多重特征。一、腐蚀疲劳

通常不存在腐蚀疲劳极限。在交变载荷下，金属承受的最大交变应力越大，则至断裂的应力交变次数越小。循环载荷应力比和频率的影响。应力交变频率和应力不对称系数对腐蚀疲劳影响显著。力学特征一、腐蚀疲劳循环载荷应力幅和波形的影响。循环载荷的交变幅度增大，不仅提高了裂纹尖端的应力强度因子幅值，而且使裂纹内腐蚀介质的泵吸作用和裂尖的金属活性增加，造成腐蚀的作用增大，由此导致腐蚀疲劳寿命降低。超载作用。与机械疲劳类似，当循环载荷出现超载时，通常引起裂纹尖端加工硬化、引人残余压应力、促进裂纹闭合，由此导致腐蚀疲劳裂纹扩展速率的降低。但是如果超载过高产生损伤性影响作用，则会造成裂纹扩展速率的增大。力学特征一、腐蚀疲劳环境特征腐蚀疲劳断裂的腐蚀环境没有特殊性要求，即不需要特定的材料/介质组合。只要在疲劳应力和腐蚀环境联合作用下都可发生CF断裂，不需要特定的电化学腐蚀电位范围等特殊条件，这一点与SCC是完全不同的，因此，CF破坏更具有广泛性，其破坏的严重性更大。一、腐蚀疲劳环境特征通常环境腐蚀性增强，CF破坏倾向增大。例如对于钢(尤其是高强度钢)，CF裂纹扩展速率按照下列顺序递增：惰性气体→大气→水蒸气→水→硫酸盐水溶液→氯化物水溶液→氢气氛→硫化氢。但值得注意的是，腐蚀过强导致局部腐蚀转化为均匀腐蚀，可能反而降低钢的CF破坏倾向。如温度升高引起钢的严重腐蚀，造成许多浅的裂纹源，从而降低局部的应力集中，并使阳极与阴极面积比变大，结果使钢的抗腐蚀疲劳能力提高。腐蚀疲劳机理PART02二、腐蚀疲劳机理腐蚀疲劳过程包括裂纹的萌生、早期慢速扩展和后期的快速扩展至断裂阶段，涉及材料、环境和交变载荷之间的相互作用，其断裂呈现多种形态，其裂纹扩展速率也表现出多种不同的规律。因此，腐蚀疲劳断裂的机理也应是多样性的，应结合具体情况进行具体分析。腐蚀疲劳二、腐蚀疲劳机理腐蚀疲劳机理模型

气相中的腐蚀疲劳

液相中的腐蚀疲劳

氢脆模型如果想详细了解其原理，可以查阅最新相关文献。腐蚀疲劳的控制方法PART03三、腐蚀疲劳的控制方法一般说来，抗点蚀性能好的材料，其腐蚀疲劳强度也较高；而对应力腐蚀断裂敏感的材料，其腐蚀疲劳抗力也较低。因此，应根据实际情况，合理选材或优化合金材料。由于钢的强度愈高，通常其腐蚀疲劳敏感性愈大，因此选择强度低的钢种一般更为安全。提高材料的耐蚀性能对政善其抗腐蚀疲劳性能一般是有益的，如不锈钢在水中的腐蚀疲劳强度比普通碳钢高出一个数量级。减少材料中的夹杂或有害元素（如钢中的MnS夹杂，S,P有害元素等）有利于提高耐蚀性，因而对改善材料的抗腐蚀疲劳性能也是有效的。1.合理选材与优化材料三、腐蚀疲劳的控制方法设计上注意结构合理化，减少应力集中，避免缝隙结构，适当加大截面尺寸。采用消除内应力的热处理。通过氮化、碳氮化、喷丸、滚压、高频淬火等表面硬化处理，引人表面残余压应力。例如，氮化钢氮化后，在河水中的腐蚀疲劳强度从75MPa提高到390MPa；喷丸强化和高频淬火使钢在质量分数为0.035的NaCl水溶液中的疲劳强度分别提高200%和360%。2.降低张应力水平或改善表面应力状态三、腐蚀疲劳的控制方法常用的措施有施加表面涂（镀）层、添加缓蚀剂和实施电化学保护技术。例如，高强铝合金外层包铝，可降低其在雨水或海水环境中的腐蚀疲劳断裂倾向；钢丝镀锌可显著延长其在海水中的疲劳寿命。介质中添加铬酸盐或乳化油，均提高了钢材的腐蚀疲劳抗力。电镀镉或镉钛可以使碳钢在水溶液中的疲劳强度显著提高。3.减缓腐蚀作用三、腐蚀疲劳的控制方法腐蚀疲劳是一个复杂的现象，涉及到多个影响因素。通过合理的设计、材料选择、表面防护以及采用适当的控制措施，可以有效降低腐蚀疲劳的风险，提高金属材料的使用寿命和安全性。腐蚀疲劳控制措施腐蚀疲劳与应力腐蚀开裂PART04四、腐蚀疲劳与应力腐蚀开裂腐蚀疲劳和应力腐蚀开裂腐蚀疲劳和应力腐蚀开裂在许多方面具有相似性。但是，两者之间仍然存在一些区别，其主要区别在于施加的载荷的类型不同。SCC通常是由于静态拉伸载荷引起的，而腐蚀疲劳是反复和交替循环载荷作用的结果。尽管这两类腐蚀之间的界限可能很模糊，但它们经常会一起发生并带来灾难性的后果。四、腐蚀疲劳与应力腐蚀开裂腐蚀疲劳和应力腐蚀开裂SCC主要会降低材料的承载能力。在应力腐蚀开裂过程中，腐蚀一般发生在晶界处，几乎没有材料表面发生失效现象的案例。当材料受到初始拉应力时，会有裂纹萌生，从而导致弱化的晶界“打开”。一旦形成了初始裂纹，在常规操作期间，周期性/交替的载荷就会在整个材料