一．概述      

应力腐蚀是材料、机械零件或构件在静应力(主要是拉应力)和腐蚀的共同作用下产生的失效现象。它常出现于锅炉用钢、黄铜、高强度铝合金和不锈钢中，凝汽器管、矿山用钢索、飞机紧急刹车用高压气瓶内壁等所产生的应力腐蚀也很显著。  常见应力腐蚀的机理是：零件或构件在应力和腐蚀介质作用下，表面的氧化膜被腐蚀而受到破坏,破坏的表面和未破坏的表面分别形成阳极和阴极,阳极处的金属成为离子而被溶解，产生电流流向阴极。由于阳极面积比阴极的小得多，阳极的电流密度很大，进一步腐蚀已破坏的表面。加上拉应力的作用，破坏处逐渐形成裂纹，裂纹随时间逐渐扩展直到断裂。这种裂纹不仅可以沿着金属晶粒边界发展，而且还能穿过晶粒发展。应力腐蚀过程试验研究表明：当金属加上阳极电流时可以加剧应力腐蚀，而加上阴极电流时则能停止应力腐蚀。一般认为压应力对应力腐蚀的影响不大。    

应力腐蚀的机理仍处于进一步研究中。为防止零件的应力腐蚀，首先应合理选材，避免使用对应力腐蚀敏感的材料,可以采用抗应力腐蚀开裂的不锈钢系列,如高镍奥氏体钢、高纯奥氏体钢、超纯高铬铁素体钢等。其次应合理设计零件和构件，减少应力集中。改善腐蚀环境，如在腐蚀介质中添加缓蚀剂，也是防止应力腐蚀的措施。采用金属或非金属保护层，可以隔绝腐蚀介质的作用。此外，采用阴极保护法见电化学保护也可减小或停止应力腐蚀。本篇文章将重点介绍应力腐蚀断裂失效机理与案例研究，并分析比较应力腐蚀断裂其他环境作用条件下发生失效的特征。由于应力腐蚀的测试方法与本文中重点分析之处结合联系不大，故不再本文中加以介绍。

二．应力腐蚀开裂特征  

（1）引起应力腐蚀开裂的往往是拉应力。  这种拉应力的来源可以是：  

1． 工作状态下构件所承受的外加载荷形成的抗应力。

2． 加工，制造，热处理引起的内应力。

3． 装配，安装形成的内应力。

4． 温差引起的热应力。  

5． 裂纹内因腐蚀产物的体积效应造成的楔入作用也能产生裂纹扩展所 需要的应力。  

（2）每种合金的应力腐蚀开裂只对某些特殊介质敏感。  一般认为纯金属不易发生应力腐蚀开裂，合金比纯金属更易发生应力腐蚀开裂。下表列出了各种合金风应力腐蚀开裂的环境介质体系，介质有特点：即金属或合金可形成纯化膜，弹介质中有有破坏纯化膜完整性的离子存在。而且介质中的有害物质浓度往往很低，如大气中微量的H2S和NH3可分别引起钢和铜合金的应力腐蚀开裂。空气中少量NH3是鼻子嗅不到的，却能引起黄铜的氨脆。再如奥氏体不锈钢在含有几个ppm氯离子的高纯水中就会出现应力腐蚀开裂。再如低碳钢在硝酸盐溶液中的“硝脆”，碳钢在强碱溶液中的“碱脆”都是给定材料和特定环境介质结合后发生的破坏。氯离子能引起不锈钢的应力腐蚀开裂，而硝酸根离子对不锈钢不起作用，反之，硝酸根离子能引起低碳钢的应力腐蚀开裂，而氯离子对低碳钢不起作用。  

表1.常见材料应力腐蚀开裂发生的介质 

合金 腐蚀介质    碳钢和低合金钢   NaOH溶液，含有校酸根，碳酸跟，硫化氢水溶液，海水，海洋大气和工业大气，硫酸—硝酸混合液，三 氯化铁溶液，湿的CO—CO2,空气 高强度钢 蒸馏水，湿大气，氯化物溶液，硫化氢   奥氏体不锈钢  高温碱液，高温高压含氧纯水，氯化物水溶液，海水，浓缩锅炉水，水蒸气(260ºC)，湿润空气（湿度90%），硫化氢水溶液，NaCl—H2O2水溶液，二氯乙 烯等  铜合金 NH3蒸汽，氨溶液，汞盐溶液，含SO2的大气，三氯 化铁，硝酸溶液  钛合金 发烟硝酸，海水，盐酸，含Cl¯,Br¯,I¯水溶液，甲 醇，三氯乙烯，CCl4，氟利昂  铝合金 NaCl水溶液，海水，水蒸气，含二氧化硫的大气， 含Br¯,I¯水溶液，汞    

（3）应力腐蚀开裂是材料在应力和环境介质共同作用下经过一段时间后，萌生裂纹，裂纹扩展到临界尺寸，此时由于裂纹尖端的应力强度因子KI达到材料的断裂韧性KIc,发生失稳断裂。即应力腐蚀开裂过程分为三个阶段：裂纹萌生，裂纹扩展，失稳断裂。  

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1．裂纹的萌生  裂纹源多在保护膜破裂处，而膜的破裂可能与金属受力时应力集中与应变集中有关，此外，金属中存在孔蚀，缝隙腐蚀，晶间腐蚀也往往是SCC裂纹萌生处。萌生期长短，少则几天，长达几年，几十年，主要取决于环境特征与应力大小。  

2．裂纹扩展  应力腐蚀开裂的裂纹扩展过程有三种方式。应力腐蚀开裂裂纹的扩展速率da/dt与裂纹尖端的应力强度因子K1的关系具有图示的三个阶段特征。  在一阶段da/dt随K1降低而急剧减少。当KI降到Kiscc以下时应力腐蚀开裂裂纹不再扩展。  在二阶段，裂纹扩展与应力强度因子KI大小无关，主要受介质控制。在这阶段裂纹出现宏观和微观分枝。但在宏观上，裂纹走向与抗应力方向是垂直的。  三阶段为失稳断裂，纯粹由力学因素KI控制，da/dt随KI增大迅速增加直至断裂。

 （4）应力腐蚀开裂属于脆性断裂。即使塑性很高的材料也是如此。其断口呈多种形貌。有沿晶断裂，准解理，韧性断裂等。