Al-Zn-Mg-Cu系合金的SCC及变形铝合金的金属学问题的研究
- 东北大学林肇琦教授对Al-Zn-Mg-Cu系合金的SCC及变形铝合金的金属学问题做过深入的研究。
1．SCC机理 由于铝合金的SCC破坏大都沿着晶界发展，所以晶界内的显微组织对材料的SCC敏感性起着极为重要的作用。热处理可强化的铝合金在淬火速度过慢或人工时效处理不当时，晶界上会优先沉淀。热处理不可强化的Al-Mg系合金(Mg＞3%)长期暴露于中温下，第二相也可沿着晶界沉淀。在加工铝材中，哪个面内的晶界能构成最连续的通路，哪个面就具有最大的SCC敏感性。对于板材，SCC最敏感的是向短横向施加拉应力，而裂缝则沿轧制面发展。对于锻件与挤压材料，金属流动更加复杂，拉应力垂直于两个主晶粒流向时，SCC敏感性最大，而裂缝却沿着金属流动面发展。由于影响铝合金应力腐蚀的因素很多，现在还没有一个比较完整的理论能说明它的全部问题。
过去，人们一直认为铝合金的SCC机理主要是电化学的。按照应力腐蚀电化学理论(膜破坏理论)，认为金属或合金在应力和腐蚀介质作用下(特别是介质中含有活性Cl-时)，其上的氧化膜会被破坏，而破坏处对其他有膜覆盖的表面来说是阳极，金属就成为离子而溶解，腐蚀电流向阴极流动，而使得H+放电成为H2逸出，或者使溶解的氧进行去极化反应：O2+4 H++4e=2H2O。由于阳极面积比阴极的小得多，所以阳极电流密度很大，结果就被腐蚀，形成沟形裂缝。当裂缝向深处发展时，应力即集中于裂缝尖端，使附近区域发生塑性变化。这种情况又反过来加速阳极溶解，阻碍膜的再生，同时在裂缝两边因有效应力很快消失，可以再生成膜(钝化)而成为阴极部分。这样，裂缝在应力作用下，通过电化学地过程就继续发展、传播，像尖刀形那样向前发展，最终导致金属开裂。
由以上的机理可知，金属的SCC是腐蚀与应力相互作用的结果，应力的作用在于破坏金属表面氧化物膜，提供活性点(阳极)，构成电偶腐蚀条件。电化学理论虽然能够说明应力腐蚀的许多电化学现象，但对于某些现象仍然不能作很好的解释，如在热盐、液态金属、气体等介质中的应力腐蚀。
1974年与1977年报道了氢对Al-Zn-Mg-Cu系7075合金的SCC有影响，后来又发现铝吸附氢原子，并使某些铝合金发脆。有些科学家证明氢对Al-Zn-Mg-Cu合金的SCC有影响。1980年，塔克发现暴露于潮湿空气中的Al-Mg合金中有氢化镁形成，其他的学者也证明，Al-Zn-Mg合金的SCC敏感性与氢有关。
由此可见，Al-Zn-Mg系合金的SCC可完全用电化学理论解释，而Al-Mg及Al-Zn-Mg-Cu系合金的SCC则主要是由于裂缝尖端产生的氢导致的氢脆结果。SCC的基本特点可归纳为：
⑴必须同时具务三个条件：敏感性的材料，一定的拉应力(包括残余应力与外应力)，特定的腐蚀环境。
⑵腐蚀环境是特定的。引起应力腐蚀的腐蚀剂在整个溶液中往往是微量组分或特定离子，如氯化物或其他加速铝合金开裂的卤化物离子。
⑶应力腐蚀开裂过程可分为裂纹形核、扩展和最终产断裂的过程。如果铝合金表面原来没有裂纹或其他缺陷，则其应力腐蚀开裂过程如图1-6-9所示。最初，表面氧化膜因机械的或腐蚀介质的作用而开裂，形成小孔，造成应力集中。在应力与腐蚀介质的共同作用下形成裂纹，这一过程的连续时间称为孕育期。此后的过程便是裂缝扩展，直至最终断裂。
⑷从宏观上讲，应力腐蚀开裂是脆性的，即使是塑很高的材料也是如此。铝合金的应力腐蚀断形式大多数是沿晶界的。
⑸另一个显著特点是与承受应力的关系极大，以短横向方向最敏感。
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