當(dāng)應(yīng)力與腐蝕同時作用時,可以加速金屬的破壞。在最簡單的情況下,這兩個因素的破壞作用只是簡單疊加。如果是均勻腐蝕,則面積逐漸減小,使真實應(yīng)力逐漸增加,最終達(dá)到材料的斷裂強度而斷裂;如果是晶間腐蝕,則晶間的結(jié)合力將會降低,外加的應(yīng)力使腐蝕介質(zhì)更容易沿晶界進(jìn)行進(jìn)一步的破壞,最終使殘余的晶間結(jié)合力不能承受外加應(yīng)力而致斷裂。當(dāng)應(yīng)力不存在時,腐蝕甚微,施加應(yīng)力并經(jīng)過一段時間后,金屬會在腐蝕并不嚴(yán)重的情況下發(fā)生脆斷。這種應(yīng)力腐蝕斷裂有如下五個共同特征。


一、力學(xué)特征


1. 具備拉應(yīng)力


 一般應(yīng)力腐蝕都在拉應(yīng)力下才發(fā)生,而在壓應(yīng)力下不發(fā)生應(yīng)力腐蝕,這種拉伸應(yīng)力可以是工作狀態(tài)下材料承受外加載荷造成的工作應(yīng)力;也可以是在生產(chǎn)、制造、加工和安裝過程中在材料內(nèi)部形成的熱應(yīng)力、形變應(yīng)力等殘余應(yīng)力;還可以是由裂紋內(nèi)腐蝕產(chǎn)物的體積效應(yīng)造成的楔入作用或是陰極反應(yīng)形成的氫產(chǎn)生的應(yīng)力。


2. 存在臨界應(yīng)力


 合金所承受的應(yīng)力越小,斷裂時間越長,當(dāng)應(yīng)力小于某一臨界值后,此應(yīng)力成為臨界應(yīng)力。在大多數(shù)的材料-環(huán)境體系中,存在一個臨界應(yīng)力,當(dāng)應(yīng)力低于該臨界值時,則不產(chǎn)生SCC.



二、環(huán)境特性


1. 腐蝕介質(zhì)的特性


  只有在特定的腐蝕介質(zhì)中含有某些對發(fā)生應(yīng)力腐蝕有特效作用的離子、分子時才會發(fā)生應(yīng)力腐蝕。這種特定的腐蝕劑并不一定要大量存在,而且往往濃度很低。表1.5列出了一些金屬和合金發(fā)生應(yīng)力腐蝕的特定介質(zhì)。





2. 溶液的濃度


 值得指出的是,即使有時整體濃度是很低的,但是由于局部位置上的濃縮作用,使該處極易產(chǎn)生局部腐蝕。


3. 具有一定的電位范圍


  從電化學(xué)的角度來看,材料與特定介質(zhì)的偶合導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕的條件是它發(fā)生在一定的電位范圍內(nèi),一般是發(fā)生在鈍化-活化的過渡區(qū)或鈍化-過鈍化區(qū)。



三、冶金學(xué)特性


 1. 不同的化學(xué)成分和純度具有不同應(yīng)力腐蝕敏感性


  純金屬一度被認(rèn)為不發(fā)生應(yīng)力腐蝕,但是通過實驗發(fā)現(xiàn),純度高達(dá)99.999%的銅及99.99%的鐵在一定條件下也發(fā)生了晶間應(yīng)力腐蝕開裂,因此,認(rèn)為合金比純金屬更易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕是恰當(dāng)?shù)摹?/span>


 2. 不同組織具有不同的應(yīng)力腐蝕敏感性


 金屬晶體結(jié)構(gòu)的差異也影響到材料的耐蝕性,體心立方晶格(鐵素體和馬氏體)比面心立方晶格(奧氏體)更耐應(yīng)力腐蝕。一般說來,粗晶粒比細(xì)晶粒對應(yīng)力腐蝕更為敏感。晶格缺陷,如晶界、亞晶界、露頭的位錯群等,對應(yīng)力腐蝕破裂敏感,將優(yōu)先溶解,常常成為應(yīng)力腐蝕破裂發(fā)生的裂縫源。



四、應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展速率


 金屬在無裂紋、無蝕坑或缺陷的情況下,應(yīng)力腐蝕過程可分為三個階段:裂紋萌生階段,即由于腐蝕引起裂紋或蝕坑的階段;裂紋擴(kuò)展階段,即由裂紋源或蝕坑開始到達(dá)極限應(yīng)力值為止的這一階段;失穩(wěn)斷裂階段。裂紋萌生階段的長短取決于合金的性能、環(huán)境的特性和應(yīng)力的大小,這一時期短的僅幾分鐘,長的可達(dá)幾年、十幾年或幾十年,裂紋萌生期是服役壽命的主要部分。



五、應(yīng)力腐蝕形態(tài)特征


1. 應(yīng)力腐蝕的宏觀形態(tài)特征


  即使具有很高延性的金屬,其應(yīng)力腐蝕仍具有完全脆性的外觀。應(yīng)力腐蝕都呈脆性斷裂,應(yīng)力腐蝕的宏觀斷口常有放射花樣或人字紋。


2. 應(yīng)力腐蝕的微觀形態(tài)特征


  應(yīng)力腐蝕斷口的微觀特征比較復(fù)雜,它與鋼的成分、熱處理、環(huán)境條件、應(yīng)力狀態(tài)、晶體結(jié)構(gòu)以及力學(xué)性能等有關(guān)。金屬材料發(fā)生應(yīng)力腐蝕時,僅在局部地區(qū)出現(xiàn)由表及里的腐蝕裂紋,其裂紋形態(tài)主要有穿晶型、晶界型和混合型三種。不同的金屬-環(huán)境體系,將出現(xiàn)不同的裂紋形態(tài)。例如,軟鋼、銅合金、鎳合金多半顯晶界型,奧氏體不銹鋼多半顯穿晶型,而鈦合金多半顯混合型。不論表現(xiàn)形式如何,裂紋的共同特點是在主干裂紋延伸的同時還有若干分支同時發(fā)展,裂紋出在與最大應(yīng)力垂直的平面上,其破裂斷口顯現(xiàn)出脆性斷裂的特征。