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金屬材料的腐蝕疲勞是在交變應力和腐蝕介質(zhì)的聯(lián)合作用下產(chǎn)生的,具體過程如下:
金屬材料在空氣中或特定的介質(zhì)環(huán)境中,其表面會自然形成一層氧化膜或鈍化膜,這層膜可以對金屬起到一定的保護作用,使其免受腐蝕介質(zhì)的直接侵蝕。
然而,當金屬受到交變應力作用時,在應力集中的部位,如材料的表面缺陷、劃痕、小孔以及內(nèi)部的夾雜物等位置,會產(chǎn)生局部的塑性變形。這種變形會導致表面膜破裂,使金屬基體暴露在腐蝕介質(zhì)中。
一旦金屬基體暴露,腐蝕介質(zhì)會迅速與金屬發(fā)生化學反應,在金屬表面形成腐蝕坑或微裂紋等缺陷。
腐蝕介質(zhì)中的某些成分,如氯離子、硫酸根離子等,可能會吸附在金屬表面,進一步破壞金屬的鈍化膜,加速腐蝕過程,使腐蝕坑和微裂紋不斷擴展和加深。
在交變應力的持續(xù)作用下,金屬表面的腐蝕坑和微裂紋等缺陷處會產(chǎn)生應力集中現(xiàn)象。當應力集中達到一定程度時,在這些缺陷的尖端會形成局部的高應力區(qū),使得金屬原子間的結(jié)合力減弱。
同時,腐蝕介質(zhì)會不斷侵蝕缺陷尖端的金屬,使其更容易發(fā)生斷裂,從而促使裂紋的萌生。隨著交變應力的繼續(xù)作用,裂紋會逐漸擴展并向金屬內(nèi)部延伸。
隨著裂紋的不斷擴展,金屬材料的有效承載面積逐漸減小,導致材料所承受的實際應力不斷增加。
同時,由于腐蝕作用使得裂紋尖端的金屬材料性能發(fā)生劣化,如強度降低、韌性下降等。在交變應力和腐蝕介質(zhì)的共同作用下,裂紋擴展速度會越來越快,最終當裂紋擴展到一定程度時,金屬材料無法承受所施加的載荷,就會發(fā)生突然的斷裂破壞。
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