D0I:10.13374/i.issm1001-053x.2002.01.042 第24卷第1期 北京科技大学学报 Vol.24 No.1 2002年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing feb.2002 钛合金的应力腐蚀 褚洪 北京科技大学材料学科学与T程学院，北京100083 摘妻分析了环境、应力、材料对钛合金应力腐蚀的影响，介绍了钛合金应力腐蚀的3种机 制（即活性通道机理、氢脆机理、氯脆机理） 关铺词钛合金；应力腐蚀：机理 分类号TG172.9 1 影响钛合金应力腐蚀的因素1 溶液中，Ti8A1MoV的SCC敏感电位为-500~ -600mV;而在含I的水溶液中，0mV以上是敏 钛合金产生应力腐蚀（以下简称SCC)是环 感电位区. 境、应力和材料3个因素共同作用的结果.SCC (4)温度.温度是影响钛合金产生SCC的重 具有高度的选择性，只改变其中任何一个因素， 要因素之一.一般而言，温度升高，SCC敏感性 SCC就不会发生. 增大.在300500℃的热盐空气环境中， 钛是一种高活性金属，但它的表面在氧化 Ti6A13Mo2Zr0.5Sn合金的应力腐蚀在450℃以 气氛中能形成稳定和完整的自愈合的氧化膜， 上.对SCC更敏感.加有一定量Pd或Mo的 故在有应力腐蚀的环境中，比其他普通结构合 Ti6A14V合金在HS+CO,+NaCl+S的溶液中， 金具有更好的抗应力腐蚀开裂的能力.如在沸 200℃时的SCC敏感性比250℃时要小. 腾的42%MgCL,或10%NaOH溶液中承受应力 (5)浓度.溶液中的CI浓度越高，其SCC 时，钛合金件不会开裂，而不锈钢件却几乎全部 敏感性越大 开裂.但在某些环境中钛合金对应力腐蚀开裂 1.2应力 却较敏感 钛合金在冷加丁、锻造、焊接、热处理或装 1.1环境 配过程中产生的残余应力所造成的SCC事故 (1)介质钛合金可能在某些物质如水溶液、 占整个SCC事故的40%.此外，上作时产生的 有机溶液和热盐等多种介质作用下发生SCC, 外应力或由于魔蚀产物的体积效应而造成的不 如在甲醇氯化物溶液、红烟硝酸、四氧化二氨， 均匀应力等，都是产生SCC的应力来源.应力 甚至在NaCI水溶液中都发生过SCC. 水平越高，出现SCC的时间就越短.通过整体 (2)pH值.pH值对钛合金SCC的影响月前 或局部退火，可消除零部件制造后产生的局部 仍有分歧.一般情况下，随着pH值增大，钛合金 残余应力，但此时应考虑热处理对材料强度，塑 SCC敏感性减小，当pH值为13~14时，往往可 性或韧性产生的负面影响 抑制SCC. 1.3材料 (3)电位.电位对SCC程度的影响至关重 在同一一环境介质中，如果材料的化学成分、 要.合金与介质组成的腐蚀体系不同，其SCC敏 偏析、组织、晶粒度、晶体缺陷、性能、热处理以 感电位就不同，如B一钛合金在含卤化物的水溶 及表面状态等不同，钛合金应力腐蚀行为和程 液中，当电位在-600mV附近时，SCC加重；在 度也不同. 过钝化电位下，裂纹也要产生；但在低于一1000 (1)a-钛合金一般来说对SCC做感性大. mV电位下则未出现裂纹.在含CI和Br的水 当AI含量超过5%~6%时，由于会形成有序相 a,它的存在会改变形变时形成的位错亚结构， 收稿日期20010426褚洪男，33岁，工程师，硕士 而出现局部化的平面滑移，造成表面氧化膜局第 2 4 卷 第 l 期 2 00 2 年 2 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r . o l o f U . 加e .r `灯 o f s e加 n c e a . d l 触c血. 0 1呢 y Be ij i . g V匕1 . 24 N O . l eF b . 20 2 钦合金的应 力腐蚀 褚 洪 北京科技大学材料学科学 与工程学院 , 北京 100 0 8 3 摘 英 分析 了环境 、 应力 、 材料对 钦合金 应力腐 蚀 的影响 , 介绍 了钦合 金应 力腐蚀 的 3 种机 制 ( 即活 性通道 机理 、 氢脆 机理 、 抓脆机 理 .) 关扭询 钦合金 ; 应力腐蚀 ; 机理 分 类号 T G 17 2 9 1 影响钦合金应 力腐蚀的因素 ” 一 41 钦合金产生应力腐蚀 ( 以下 简称 S C C )是环 境 、 应力和材料 3 个因 素共 同作用 的结果 . S C C 具有高度 的选择性 , 只改变其 中任何一个 因素 , s C c 就不 会发生 . 钦是一种高活性金 属 , 但它的表面 在氧化 气 氛中能形 成稳 定和 完整 的 自愈合 的 氧化膜 , 故在有应力腐蚀 的环境 中 , 比其他普通结构合 金具有 更好 的抗应 力腐蚀 开 裂的能力 . 如在沸 腾的 4 2 % M gC 1 2 或 10 % N a 0 H 溶液中承受应力 时 , 钦合金 件不 会开 裂 , 而 不锈钢件却 几乎全部 开 裂 . 但在某些环境中钦合金对应力腐蚀开 裂 却较敏感 . 1 . 1 环境 ( l) 介质 . 钦合金 可能在某些物质如水溶液 、 有机溶液和热盐 等多 种介质作 用下发生 S C C , 如 在 甲醇氛化物溶液 、 红 烟硝酸 、 四氧化二氮 , 甚 至 在 N aC I 水溶液 中都 发生 过 S C C . ( 2 ) p H 值 . p H 值对钦合金 SC C 的影 响 目前 仍有分歧 一般情况 下 , 随着 pH 值增大 , 钦合金 S C C 敏感性减小 , 当 p H 值 为 13一 14 时 , 往往 可 抑 制 S C C . ( 3 ) 电位 . 电位对 S C C 程度 的影 响至关重 要 . 合金 一 与介质组成的腐蚀体 系不 同 , 其 S C C 敏 感 电位就 不 同 . 如 p 一 钦 合金 在含 卤化物的 水溶 液 中 , 当电位在 一 6 0 0 m V 附近时 , S C C 加重 ; 在 过钝化 电位下 , 裂纹 也 要产 生 ; 但在低于 一 10 0 m v 电 位下则未 出现 裂纹 . 在 含 cl 一 和 B r 一 的水 收稿日期 2 0 1刁4 一 2 6 褚洪 男 , 刀 岁 , 工程 师 , 硕 士 溶液 中 , iT 8AI M o V 的 S C C 敏感电位为 一 5 0 - 一 6 0 0 m V ; 而 在含 I 一 的水溶液 中 , 0 m V 以 卜是敏 感电位 区 . ( 4 )温度 . 温度是影 响钦合金产 生 S C C 的重 要 因 素之 一 一般而言 , 温 度升高 , S C C 敏感性 增 大 . 在 3 0 0一5 0 ℃ 的 热 盐 空 气 环 境 中 , Ti6A 13M o ZZ由 . S S n 合金的应 力腐蚀 在 4 5 0 ℃ 以 匕对 S C C 更敏感 . 加 有一 定 量 P d 或 M o 的 Ti6 A 14V 合金 在 H Z S + C 0 2+ N a C I + S 的 溶液 中 , 2 0 0 ℃ 时的 S C C 敏感性 比 2 5 0 ℃ 时要 小 . ( 5 )浓度 . 溶液 中的 lC 一 浓 度越高 , 其 S C C 敏感性越大 . 1 . 2 应 力 钦 合金在 冷加工 、 锻造 、 焊接 、 热处理或装 配 过程 中产 生 的残余应力所造成的 S C C 事故 占整 个 S C C 事故 的 40 % . 此外 , l’. 作时产 生 的 外应力或由于 腐蚀 产物 的体积效 应而 造成的 不 均匀应力等 , 都是产生 S C C 的应 力来 源 . 应 力 水平越高 , 出现 s c C 的 时间 就越 短 . 通 过 整体 或 局部退火 , 可 消 除零部件 制造后产 生 的局 部 残余应力 , 但此 时应考虑热处 理 对材料强度 、 塑 性或韧性产生的负面 影响 . 1 . 3 材料 在同一 环 境介质 中 , 如果 材料的 化学成分 、 偏析 、 组织 、 晶粒度 、 晶体缺陷 、 性能 、 热处理 以 及表面状 态等不 同 , 钦合金 应 力腐蚀 行 为和 程 度 也 不 同 . ( l) a 一 钦合 金 一 般来说对 S C C 敏感 性大 . 当 A I含量 超过 5 % 一 6 % 时 . 由于 会形成有序相 a Z , 它 的存在会改变 形 变时形 成 的位错亚结构 , 而出现局部化 的平 面 滑移 , 造成表 面氧化膜局 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2002. 01. 042