陈恒等：残余应力对金属材料局部腐蚀行为的影响 .935· (a) b (c) 应力腐蚀开裂萌生 应力腐蚀开裂萌生 激光喷丸细化品粒 年888s aes可 项■88用目 1语年e有0中有p 量单用金自原非单单 88888 无应力腐蚀开装 残余拉应力 :残余压应力 图6晶粒尺寸和残余应力对应力腐蚀开裂综合作用示意图.(a)拉伸应力作用：(b)品粒细化与拉伸应力综合作用：（©）品粒细化和残余 压应力综合作用[5别 Fig.6 Schematic illustrations of the combined effect of grain size and residual stress on SCC initiation(RS-residual stress):(a)the negative effect of tensile residual stress;(b)the combined effect of grain refinement and tensile residual stress;(c)the duplicate beneficial effect of grain refinement 还未能得出一致的结论.大部分研究者认为，残余 3000 拉应力有助于裂纹的萌生.比如，Ghosh等[o通过 ·一区域I 区域Ⅱ 2500 室温下304不锈钢U形弯试样在氯化钠与硫酸混 o=190 MPa 合溶液的浸泡实验发现，应力腐蚀微裂纹起源于试 日2000 样上表面（残余拉应力区）并向内部扩展一定深度 1500 4 后中止（残余压应力区）.Zhang等[6)研究了316不 61000 D=38.14lno-190)+2.789o 锈钢中由机加工引起的表面残余拉应力对应力腐蚀 500 萌生的影响.实验结果表明当残余拉应力大于190 D=0.70+35 MPa时，显微裂纹密度会急剧增大，相应的回归方程 0100200300400500600700800 如图7所示，图中D为裂纹密度，σ，是机加工引入 残余应力MPa 的残余应力，σ，为残余应力临界值.因此可以认定 图7裂纹密度与残余应力关系图[6创 残余拉应力诱发应力腐蚀开裂(SCC)萌生存在一个 Fig.7 Crack density as a function of residual stress,showing two re- 临界值 gions of residual stress for micro-crack initiation] 但是，Van Boven等[62]却并未在残余压应力区 和最大残余拉应力区观察到应力腐蚀的发生.其运 Gravier等[6]利用盐雾试验研究了超精细车削 用循环载荷试验研究了残余应力对中性溶液中管线 加工产生的表面粗糙度和残余拉应力等因素对无氧 钢腐蚀的影响规律，发现管线钢点蚀和应力腐蚀萌 铜腐蚀电化学性能的影响.结果表明试样表面粗糙 生的区域并不一致.点蚀大部分萌生于最大残余拉 度和残余拉应力越大，电化学腐蚀速率越快.因为 应力区（约300MPa),而应力腐蚀却出现在残余拉 表面粗糙度的增加可以减小电子逸出功并使其波动 应力为150~200MPa的区域，这可能与残余应力梯 性增大，残余拉应力的增加会增大位错密度等结构 度或者循环载荷试验时残余应力的释放有关.以上 缺陷，这些因素的协同作用促进了腐蚀的发生 研究表明，尽管残余拉应力可以在一定程度上促进 Pandey等[6研究了超音速喷丸对铝合金(7075合 应力腐蚀的发生，但是仅在特定的应力范围区间发 金)腐蚀电化学性能的影响，得到了类似的结论，即 挥其作用 在质量分数3.5%NaCl溶液中，具有较小的表面粗 糙度和残余压应力以及低塑性变形率的铝合金试样 3残余应力对其他金属材料腐蚀行为影响 表现出了较强的耐蚀性.这些结果说明表面残余应 的研究 力作用于结构缺陷从而促进了电化学腐蚀的发生. 与钢铁材料一样，铜、铝等有色金属在残余应力 Chen等[6s]对机械锤击(MHP)处理的镍基合金(718 和腐蚀介质的作用下也会发生电化学腐蚀.但是， 合金)耐点蚀性能变化进行了研究.机械锤击处理 由于其具有与钢铁材料不同的结构特征和使用条 后镍基合金表面形成了较大的残余压应力，但是合 件，其在残余应力下所表现出的腐蚀行为特征与钢 金表面却更加平滑.光滑的试样表面有助于形成均 铁材料不同. 匀的钝化膜层，减少点蚀发生的活性点，增加了基体陈 恒等: 残余应力对金属材料局部腐蚀行为的影响 图 6 晶粒尺寸和残余应力对应力腐蚀开裂综合作用示意图. (a)拉伸应力作用;( b)晶粒细化与拉伸应力综合作用;( c)晶粒细化和残余 压应力综合作用[58] Fig. 6 Schematic illustrations of the combined effect of grain size and residual stress on SCC initiation (RS鄄residual stress): (a) the negative effect of tensile residual stress; (b) the combined effect of grain refinement and tensile residual stress; (c) the duplicate beneficial effect of grain refinement and compressive residual stress [58] 还未能得出一致的结论. 大部分研究者认为,残余 拉应力有助于裂纹的萌生. 比如,Ghosh 等[60] 通过 室温下 304 不锈钢 U 形弯试样在氯化钠与硫酸混 合溶液的浸泡实验发现,应力腐蚀微裂纹起源于试 样上表面(残余拉应力区)并向内部扩展一定深度 后中止(残余压应力区). Zhang 等[61]研究了 316 不 锈钢中由机加工引起的表面残余拉应力对应力腐蚀 萌生的影响. 实验结果表明当残余拉应力大于 190 MPa 时,显微裂纹密度会急剧增大,相应的回归方程 如图 7 所示,图中 D 为裂纹密度,滓r是机加工引入 的残余应力,滓c为残余应力临界值. 因此可以认定 残余拉应力诱发应力腐蚀开裂(SCC)萌生存在一个 临界值. 但是,Van Boven 等[62] 却并未在残余压应力区 和最大残余拉应力区观察到应力腐蚀的发生. 其运 用循环载荷试验研究了残余应力对中性溶液中管线 钢腐蚀的影响规律,发现管线钢点蚀和应力腐蚀萌 生的区域并不一致. 点蚀大部分萌生于最大残余拉 应力区(约 300 MPa),而应力腐蚀却出现在残余拉 应力为 150 ~ 200 MPa 的区域,这可能与残余应力梯 度或者循环载荷试验时残余应力的释放有关. 以上 研究表明,尽管残余拉应力可以在一定程度上促进 应力腐蚀的发生,但是仅在特定的应力范围区间发 挥其作用. 3 残余应力对其他金属材料腐蚀行为影响 的研究 与钢铁材料一样,铜、铝等有色金属在残余应力 和腐蚀介质的作用下也会发生电化学腐蚀. 但是, 由于其具有与钢铁材料不同的结构特征和使用条 件,其在残余应力下所表现出的腐蚀行为特征与钢 铁材料不同. 图 7 裂纹密度与残余应力关系图[61] Fig. 7 Crack density as a function of residual stress, showing two re鄄 gions of residual stress for micro鄄crack initiation [61] Gravier 等[63]利用盐雾试验研究了超精细车削 加工产生的表面粗糙度和残余拉应力等因素对无氧 铜腐蚀电化学性能的影响. 结果表明试样表面粗糙 度和残余拉应力越大,电化学腐蚀速率越快. 因为 表面粗糙度的增加可以减小电子逸出功并使其波动 性增大,残余拉应力的增加会增大位错密度等结构 缺陷,这些因素的协同作用促进了腐蚀的发生. Pandey 等[64] 研究了超音速喷丸对铝合金(7075 合 金)腐蚀电化学性能的影响,得到了类似的结论,即 在质量分数 3郾 5% NaCl 溶液中,具有较小的表面粗 糙度和残余压应力以及低塑性变形率的铝合金试样 表现出了较强的耐蚀性. 这些结果说明表面残余应 力作用于结构缺陷从而促进了电化学腐蚀的发生. Chen 等[65]对机械锤击(MHP)处理的镍基合金(718 合金)耐点蚀性能变化进行了研究. 机械锤击处理 后镍基合金表面形成了较大的残余压应力,但是合 金表面却更加平滑. 光滑的试样表面有助于形成均 匀的钝化膜层,减少点蚀发生的活性点,增加了基体 ·935·