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應力腐蝕

應力腐蝕是材料在化學(xué)侵蝕環(huán)境下與機械性拉伸應力同時(shí)作用下的結果。一般的腐蝕是以材料被剝蝕的型態(tài)出現，而應力腐蝕則以裂紋的型態(tài)出現，且表面幾乎沒(méi)有任何腐蝕物堆積的現象，因此很容易被忽略，形成潛伏的危險因素。造成應力腐蝕的四個(gè)基本條件是：敏感性合金（susceptible alloy）、侵蝕環(huán)境、施加或殘余拉伸應力、以及時(shí)間。

應力腐蝕廣見(jiàn)于多種材料及環(huán)境中，根據統計，應力腐蝕損壞常出現于低合金鋼（low alloy steel）、鋯（zirconium）、黃銅（brass）、鎂（magnesium）及鋁合金。這些材料應力腐蝕損壞的外表及行為都不相同，不過(guò)一般而言都具有一些共同的特性：

1.大部分破斷面在巨觀(guān)下是脆性（brittle）帶有少量的韌性撕裂（ductile tearing）現象，有些材料的破壞模式會(huì )介于韌性和脆性之間。

2.一定是拉伸應力（tensile stress）和環(huán)境同時(shí)作用的結果，輪流作用不會(huì )產(chǎn)生應力腐蝕，且應力大小沒(méi)有絕對的關(guān)系。應力大，環(huán)境的因素就比較??；應力小，環(huán)境的因素就比較大。

X射線(xiàn)應力分析儀實(shí)時(shí)檢測應力變化.

3.材料表面的氧化膜受到機械或化學(xué)外力的破壞形成小凹洼（pit），應力腐蝕初始裂紋（initial crack）就由小凹洼的根部開(kāi)始成長(cháng)，這段期間應力的影響很小，腐蝕是主要的原動(dòng)力（driving force），裂紋方向和主應力（principal stress）方向一致，與一般疲勞裂紋和主應力方向垂直的情況大不相同。

4.裂紋走向會(huì )在沿著(zhù)晶粒邊界（intergranular）或穿透晶粒（transgranular）中二選一，全看材料、環(huán)境、應力大小這三者的組合而定。在不銹鋼材里，裂紋通常會(huì )穿透晶粒，且會(huì )造成一特別的晶體面（crystallographic），但在某些介質(zhì)中，特別是腐蝕性溶液或是高氧化物漂白劑中，裂紋會(huì )沿著(zhù)晶粒邊界。在高強度合金鋼中，裂紋會(huì )沿著(zhù)晶粒邊界；鋁合金基本上亦是如此。

5.裂紋成長(cháng)的過(guò)程本身就有自我催化（self-catalyzing）的作用，正在成長(cháng)中的裂紋尖端局部之成長(cháng)速率至少為疲勞裂紋的百倍以上，所以一旦發(fā)現應力腐蝕裂紋后就得盡快處置。

6.形成裂紋需特定的合金和環(huán)境，雖然許多環(huán)境都能產(chǎn)生相近的腐蝕生長(cháng)速率，但不同的合金對應力腐蝕的敏感度差異甚大。

應力腐蝕裂紋必需在腐蝕表面上有拉伸應力，此拉伸應力可以是外加，也可以是殘余應力（residual stress），其中殘余應力更是問(wèn)題的所在，因為它是隱藏的，在設計時(shí)常會(huì )被忽略。殘余應力的來(lái)源可能來(lái)自制造過(guò)程，如：冷加工時(shí)變形不均勻、熱處理后退火冷卻速率不同；或是來(lái)自裝配時(shí)的緊配（interference fit），鉚釘、螺栓變形……等。

1970年前后進(jìn)入美國空軍服役的F-5型戰斗機，因前機身上縱梁使用材料為對應力腐蝕甚為敏感的7075-T6鋁合金，致在服役相當時(shí)間后發(fā)生了應力腐蝕裂紋，美國空軍不得不在1990年代中期進(jìn)行全機隊結構返廠(chǎng)修改，更換改變熱處理而提升抗腐蝕能力的7075-T73新制上縱梁。

航空史上著(zhù)名的應力腐蝕裂紋飛行安全事件，是發(fā)生于1988年4月28日的美國阿啰哈（Aloha）航空公司，一架波音737-200機身前段大片上蒙皮于飛行途中脫落，幸賴(lài)駕駛員的技術(shù)高超而平安落地。飛機失事前，已累積了35,496飛行小時(shí)，89,680次起降，是此型飛機全世界起降次數排名第二的飛機，（di一名是阿航的N73712）。

由于經(jīng)濟因素的考慮，軍用飛機延長(cháng)服役年限是一個(gè)不可避免的趨勢，而如何維持這些老舊飛機的飛行安全，則是一個(gè)嚴肅的課題。由于老舊飛機都已經(jīng)過(guò)長(cháng)時(shí)間的服役生涯，影響其飛行安全的Zui因素自然來(lái)自疲勞與腐蝕。疲勞是外力長(cháng)期作用下的結果，因此當飛機服役時(shí)間越久，就越容易受到它的影響；而由于材料的天性，腐蝕終究是個(gè)無(wú)法避免的過(guò)程，美國空軍在2005年修訂的飛機結構剛性計劃需求中，因此新增了對腐蝕的預防、控制、評估工作項目，可見(jiàn)在不遠的未來(lái)，腐蝕應該還是會(huì )繼續困擾著(zhù)飛機結構。

要維持軍用飛機延長(cháng)服役期間的飛行安全，在經(jīng)費考慮下，一般采取的方式是對容易發(fā)生疲勞裂紋的位置執行定期檢查。舊式軍用飛機的結構安排簡(jiǎn)單、寬松，少有無(wú)法進(jìn)手檢查的區域，縱然有疲勞或腐蝕，經(jīng)由擇要檢修（Inspection and Repair As Necessary，IRAN）后很容易發(fā)現并排除，因此不至于對機隊安全造成困擾；現代軍用飛機結構復雜，裝備安排非常緊密，在提升維修效率的考慮下，擇要檢修也逐漸被機隊管理所取代，依單機追蹤Individual Aircraft Tracking，IAT）分析結果決定定期檢查的位置與檢查時(shí)距（Inspection Interval），如果某些重要結構件因此完全沒(méi)有檢查，就會(huì )有潛在飛行安全風(fēng)險，美國空軍F-15C事件是很好的教訓。

現行理想方式是在機上安裝傳感器，即時(shí)探測并回報機上發(fā)生的疲勞與腐蝕損傷，老飛機的結構安全將更有保障。只是目前的傳感器僅能追蹤疲勞及異電位腐蝕損傷，且飛機會(huì )延長(cháng)使用年限通常是因為經(jīng)費拮據，這種方式與節省經(jīng)費的初衷背道而馳，要獲得實(shí)行并不容易。

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