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残余应力主要由加工过程中的不均匀热变形或塑性变形引起,其与腐蚀介质共同作用时可显著加速应力腐蚀开裂(SCC)。这种耦合作用是工程结构失效的重要诱因之一。
残余应力的产生原因
残余应力是在无外力作用下存在于材料内部的自平衡内应力,常见于焊接、铸造、淬火、冲压等工艺过程中:
焊接:由于局部加热和冷却速度不均,焊缝区域受热膨胀受限,冷却后产生拉应力 。
热处理:如铝合金淬火时,表面与心部冷却速率不同,导致组织应力和热应力叠加 。
机械加工:冲压、深拉、铆接等过程中的塑性变形区域无法完全回弹,形成残余拉应力 。

残余应力的影响
当残余拉应力与特定腐蚀介质共存时,极易诱发应力腐蚀开裂(SCC),其机制和危害如下:
裂纹萌生与扩展
残余拉应力会破坏金属表面的钝化膜,使局部区域暴露于腐蚀介质中,形成点蚀坑并发展为微裂纹。裂纹在应力和腐蚀的协同作用下沿晶界或穿晶扩展 。
加速断裂过程
腐蚀产物在裂纹尖端体积膨胀,产生“楔入效应”,进一步增大局部应力,形成正反馈循环,显著缩短构件寿命 。
典型工程案例
不锈钢在含Cl⁻环境中易发生“氯脆”;
铝合金在潮湿大气或海水中,尤其在热带地区,SCC敏感性显著升高 ;
石油化工设备中,80%的SCC事故与残余应力相关 。
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