金属零件在交变应力和腐蚀介质的共同作用下导致的断裂，称为腐蚀疲劳断裂。它既不同于应力腐蚀破坏也不同于机械疲劳，同时也不是腐蚀和机械疲劳两种因素作用的简单叠加。因为工件总是在一定介质中工作的，实验证明在真空或纯氮介质中工作的疲劳寿命要比空气中高很多，因此，严格而言，实际条件下的绝大多数疲劳断裂都可以认为是腐蚀疲劳断裂。

1.腐蚀疲劳断裂的机制

金属材料在腐蚀介质的作用下形成一层覆盖层，在交变应力作用下覆盖层破裂，局部发生化学侵蚀形成腐蚀坑，交变应力作用下产生应力集中进而形成初裂纹。由于交变应力的作用，使环境介质能够与不断产生的新金属表面发生作用，使得腐蚀疲劳初裂纹以比恒定载荷下的应力腐蚀快得多的速度进行扩展。

2.腐蚀疲劳断裂的特点

1）腐蚀疲劳不需要特定的腐蚀系统。这一点与应力腐蚀破坏不同。它在不含任何特定腐蚀离子的蒸馏水中也能发生。

2）任何金属材料均可能发生腐蚀疲劳，即使是纯金属也能产生腐蚀疲劳。

图5-20 某汽轮机15Cr12WMo钢叶片存在切向共振而造成的接触疲劳断裂

a）断裂形貌（叶根的接触面上有接触摩擦氧化斑痕） b）接触摩擦区组织被歪扭（铁素体内产生滑移带，上部位非接触区，为正常的调质组织，两部分之间有摩擦裂纹） c）断口特征（多裂纹源形成疲劳台阶并伴有二次裂纹）

3）材料的腐蚀疲劳不存在疲劳极限。金属材料在任何给定的应力条件下，经无限次循环作用后终将导致腐蚀疲劳破坏，如图5-21所示。这已为众多实验证实。

4）由于腐蚀介质的影响，使σ-N曲线明显地向低值方向推移，即材料的疲劳强度显著降低，疲劳初裂纹形成的孕育期显著缩短。

5）腐蚀疲劳初裂纹的扩展受应力循环周次的控制，不循环时裂纹不扩展。低应力频率和低载荷交互作用时，裂纹扩展速度加快。温度升高加速裂纹扩展。一般腐蚀介质的含量越高，则腐蚀疲劳的裂纹扩展速度越快。图5-22所示为7075-T6铝合金疲劳裂纹扩展速率与环境水蒸气含量的关系。

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图5-21 机械疲劳与腐蚀疲劳

图5-22 7075-T6铝合金疲劳裂纹扩展速率与环境水蒸气含量的关系

3.腐蚀疲劳断裂的断口特征

腐蚀疲劳断裂的断口兼有机械疲劳断口与腐蚀断口的双重特征。除一般的机械疲劳断口特征外，在分析时要注意腐蚀疲劳断口特征。

1）腐蚀疲劳断裂为脆性断裂，断口附近无塑性变形。断口上也有纯机械疲劳断口的宏观特征，但疲劳源区一般不明显。断裂多源自表面缺陷或腐蚀坑底部。

2）微观断口可见疲劳辉纹，但由于腐蚀介质的作用而模糊不清；二次裂纹较多并具有泥纹花样。通常，随着加载频率的降低，断口上的疲劳特征花样逐渐减少，而静载腐蚀断裂（应力腐蚀）特征花样则逐渐增多。当频率下降到1Hz时，腐蚀疲劳断口的形貌逐步接近于应力腐蚀断口的形貌，断口上出现较多的类解理断裂花样，同时还呈现出更多的腐蚀产物。

3）腐蚀疲劳属于多源疲劳，裂纹的走向可以是穿晶型的也可能是沿晶型的，以穿晶型比较常见。碳钢、铜合金的腐蚀疲劳断裂多为沿晶分离；奥氏体不锈钢和镁合金等多为穿晶断裂；Ni-Cr-Mo钢在空气中多呈穿晶断裂，而在氢气和H₂S气氛中多为沿晶或混晶断裂。加载频率低时，腐蚀疲劳易出现沿晶分离断裂，而且裂纹通常是成群的。在单纯机械疲劳的情况下，多源疲劳的各条裂纹通常分布在同一个平面（或等应力面）上不同的部位，然后向内扩展、相互连接直至断裂。而在腐蚀疲劳情况下，一条主裂纹附近往往出现多条次裂纹，它们分布于靠近主裂纹的不同截面上，大致平行，各自向内扩展，达到一定长度之后便停止下来，而只有主裂纹继续扩展直至断裂。因此，主裂纹附近出现多条次裂纹的形象，是腐蚀疲劳失效的表面特征之一。

4）断口上的腐蚀产物与环境中的腐蚀介质相一致。利用扫描电子显微镜或电子探针对断口表面的腐蚀产物进行分析，以确定腐蚀介质成分，是失效分析常用的方法。但腐蚀产物也给分析工作带来很大不便，许多断裂的细节特征被覆盖，需要仔细清洗断口。

当断口上既有疲劳特征又有腐蚀疲劳痕迹时，显然可判断为腐蚀疲劳破坏。但是，当断口未见明显宏观腐蚀迹象，而又无腐蚀产物时，也不能认为，此种断裂就一定是机械疲劳。例如：不锈钢在活化态的腐蚀疲劳的确受到严重的腐蚀，但在钝化态的腐蚀疲劳，通常并看不到明显的腐蚀产物，而后者在不锈钢工程事故中却是经常可以遇到的。

由于影响腐蚀疲劳的因素很多，且在很多情况下，腐蚀疲劳与应力腐蚀的断口有许多相似之处，因此，不能单凭断口特征来判断是否是腐蚀疲劳，必须综合分析各种因素的作用，才能做出准确的判断。