雙相(xiang)不銹鋼在(zai)應(ying)力跟一(yi)定腐(fu)蝕環境這(zhe)兩者因素協同影(ying)響下而產生的(de)一(yi)種脆性斷(duan)裂，往往是(shi)在(zai)沒(mei)有預先(xian)征兆情況(kuang)下突然產生的(de)，是(shi)一(yi)種“災(zai)難性的(de)腐(fu)蝕斷(duan)裂形式”，較易導致嚴重(zhong)事(shi)故，如飛(fei)機出事(shi)、油氣管發(fa)生爆炸、橋梁(liang)產生斷(duan)裂等。應力腐蝕(shi)開裂的主要特征是強調金屬和介質兩者間的匹配性，即僅當金屬于一定的腐蝕介質中才能夠產生應力腐蝕開裂,例如：黃銅于氨溶液中產生氨脆；低碳鋼于堿溶液中發生堿脆；不銹鋼于存在有氯離子溶液中產生的氯脆等。


  應(ying)力腐(fu)蝕開裂的發生是與材料本身的金屬學(xue)因(yin)(yin)素(su)、環境(jing)因(yin)(yin)素(su)以(yi)及力學(xue)因(yin)(yin)素(su)密(mi)切(qie)相關的，這三種因(yin)(yin)素(su)即為應(ying)力腐(fu)蝕開裂產生的主要條件。


1. 金屬學因素


   材料本身的(de)組(zu)織結構和(he)成分，例如，晶粒形(xing)態、大小、相結構以及一些缺陷都(dou)能夠對(dui)金(jin)屬(shu)材料的(de)應力腐(fu)蝕開裂敏感(gan)性發生作用。認為(wei)純金(jin)屬(shu)不會(hui)產(chan)生應力腐(fu)蝕開裂這種觀點是不對(dui)的(de)，因為(wei)將近(jin)全部的(de)金(jin)屬(shu)及合(he)金(jin)于一定的(de)腐(fu)蝕環境中都(dou)存(cun)在某(mou)種應力腐(fu)蝕開裂敏感(gan)性。


2. 環境因素


   ①. 電位

   

   應力腐(fu)蝕(shi)開(kai)裂(lie)(lie)發生(sheng)的電位是隨(sui)著材料跟介質組成的腐(fu)蝕(shi)體(ti)系的不同而(er)存在(zai)差異(yi)的，一般情況下應力腐(fu)蝕(shi)開(kai)裂(lie)(lie)的發生(sheng)存在(zai)三個(ge)電位區(qu)(qu)，分別為活化－陰(yin)極保(bao)護(hu)電位過渡區(qu)(qu)、活化－鈍(dun)化電位過渡區(qu)(qu)及鈍(dun)化－過鈍(dun)化電位區(qu)(qu)，總之但凡可以(yi)導(dao)致材料保(bao)護(hu)膜不穩定的電位區(qu)(qu)域，都能夠推動(dong)金(jin)屬發生(sheng)應力腐(fu)蝕(shi)開(kai)裂(lie)(lie); 


  ②. 腐蝕介質的類型


   腐蝕(shi)介質對(dui)應力(li)腐蝕(shi)開(kai)裂的(de)產(chan)(chan)生有著相當重要的(de)作用，僅當金屬(shu)跟腐蝕(shi)介質相匹配(pei)時才(cai)會產(chan)(chan)生應力(li)腐蝕(shi)開(kai)裂;


  ③. 溶(rong)液的溫(wen)度


    一(yi)般(ban)來講(jiang)應(ying)力腐蝕(shi)開裂(lie)的(de)敏感(gan)性(xing)隨(sui)著溶(rong)液溫(wen)度的(de)升高而增強，但(dan)是對(dui)于一(yi)些(xie)體系(xi)來講(jiang)具有一(yi)個(ge)臨界斷裂(lie)溫(wen)度，在這個(ge)溶(rong)液溫(wen)度下應(ying)力腐蝕(shi)開裂(lie)最(zui)敏感(gan)，然而在大(da)于這個(ge)溫(wen)度的(de)情況下，材料(liao)均勻腐蝕(shi)的(de)產(chan)生阻止(zhi)了應(ying)力腐蝕(shi)開裂(lie)的(de)產(chan)生。


3. 力學(xue)因素


  一(yi)般情況下拉(la)(la)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)（小于(yu)(yu)合金的屈服極(ji)限）是(shi)導致(zhi)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)開(kai)裂(lie)(lie)發生的主要力(li)(li)(li)學因素。絕大(da)多數情況下應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)開(kai)裂(lie)(lie)的發生都具有一(yi)個臨界應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)，材(cai)料所受到(dao)的拉(la)(la)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)小于(yu)(yu)該應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)時(shi)就不會產(chan)生應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)開(kai)裂(lie)(lie)。除了拉(la)(la)伸應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)能夠引起(qi)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)開(kai)裂(lie)(lie)外(wai)，壓(ya)(ya)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)在一(yi)些條件下也會導致(zhi)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)開(kai)裂(lie)(lie)的產(chan)生，但是(shi)壓(ya)(ya)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)產(chan)生的應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)開(kai)裂(lie)(lie)危(wei)險性(xing)較小。



  因為應力(li)腐蝕開裂跟腐蝕相關，則其產生的機理必定跟腐蝕過程中進行的陰極反應及陽極反應相關，進而其機理可以大致分為陽極溶解型和氫致開裂型，以及在此基礎上引申出來的表面膜破裂機理。


1. 陽極溶解機理


  T.P.Hoar 和J.G.Hines等人首先提出陽極溶解機理，他們認為滑移帶上的位錯堆積區、金屬材料表面的晶界、亞晶界露頭的位錯群、淬火過程中產生的局部應變區或者不同種雜質原子導致的畸變區以及所謂堆垛層錯區等在特殊的腐蝕介質及應力這兩者因素的共同影響下形成微裂紋，該微裂紋處于產生階段時并不是真正的“破裂”，其實是微裂紋的前沿金屬發生快速溶解的過程。圖4.1給出了這一腐蝕的模型。陰極區為金屬裂紋的外表面（C),進行的是陰極反應；陽極區在裂紋的前沿處跟（C)區構成大陰極小陽極的腐蝕電池。裂紋尖端（A*)的迅速溶解導致應力腐蝕開裂的產生。造成這種現象的原因在于裂紋側面（A)擁有一定的氧化膜，該膜層能夠起到抑制溶解的作用，進而使其溶解速度很小。然而，裂紋尖端的前沿區域（陽極）于局部應力集中作用下而發生迅速形變屈服，因為金屬晶體的位錯于該范性形變過程中陸續地到達前沿金屬表面，并形成數量較多的瞬間活性點，進而導致裂紋前沿處的溶解速度甚大。


1.jpg


2. 氫致開裂機理


  腐蝕(shi)過程中(zhong)陰(yin)極(ji)反應(ying)(ying)形(xing)成H,并且(qie)H擴散至裂縫尖端(duan)的(de)(de)里部，進(jin)而導(dao)致(zhi)該(gai)區域(yu)變脆(cui)(cui)，同時(shi)又在拉伸應(ying)(ying)力(li)的(de)(de)影響下最終產生(sheng)脆(cui)(cui)斷現(xian)象(xiang)，即金屬在H及拉伸應(ying)(ying)力(li)這(zhe)兩(liang)種因(yin)素(su)的(de)(de)協同影響下而發生(sheng)的(de)(de)一種脆(cui)(cui)性斷裂被稱為氫致(zhi)開(kai)裂。在腐蝕(shi)介質(zhi)中(zhong)H在應(ying)(ying)力(li)誘(you)導(dao)擴散的(de)(de)影響下于高應(ying)(ying)力(li)區聚集(ji)，當聚集(ji)的(de)(de)H濃度到達(da)臨界值時(shi)，使金屬材料斷裂應(ying)(ying)力(li)降低，則能夠(gou)促使氫脆(cui)(cui)現(xian)象(xiang)的(de)(de)產生(sheng)。


3. 表(biao)面膜(mo)破(po)裂機理


   于腐蝕介質中總會有一些具有保護能力的表面膜在金屬材料的表面處形成，該表面膜于活性離子（如Cl-)或者應力的影響下容易造成損壞，促進了材料新鮮表面的裸露。于電解質溶液中裸露出來的金屬表面作為陽極跟材料表面上未受損的表面膜構成大陰極小陽極的腐蝕電池，產生溶解。于應力影響下能夠通過滑移階梯來闡明金屬表面膜的破裂機理。金屬表面上膜的局部區域總是能夠具有一些比較脆弱的點，在受力的條件下金屬基體內部的位錯就會順著滑移面而發生移動，進而促進滑移階梯的產生。滑移階梯較大時由于金屬表面具有的膜不能夠隨著滑移階梯發生的形變而產生對應的變形，此時就能夠導致金屬表面上的膜產 生破裂現象進而導致基體金屬裸露出新鮮表面。


  雙相不(bu)銹鋼的應力腐蝕實驗方法應根據實驗目的而選擇合適的實驗所需試樣類型（缺口試樣、光滑試樣及預制裂紋試樣）及加載方式（恒變形、恒載荷以及慢應變速率拉伸加載）。這里主要介紹一下國內外現有的用力學的方法來研究應力腐蝕的方式。


  a. 恒定變形實驗法


     是一種利用彎曲或者拉伸從而讓試樣產生變形進而促進拉應力的形成，并利用擁有充分剛性的框架或直接利用加力框架來保持試樣材料產生變形不變的應力(li)腐蝕開裂實驗法。恒變形應力腐蝕開裂(lie)實驗中，應力在裂紋尖端高度集中使裂紋張開，而且有一部分外加彈性應變轉變成塑性應變，因此裂紋產生后會引起應力下降。該方法通常用在模擬工程構件中的加工制造應力狀態上，一般情況下使用彎曲試樣、人工縫隙試樣及C形試樣等，其中彎曲試樣中的U形試樣由于不但擁有彈性變形而且又擁有塑性變形的特點進而成為恒位移變形實驗法中較為常用的試樣。


  b. 恒載(zai)荷實(shi)驗法(fa)


     指對實驗用試樣施予一定的載荷進行應力腐蝕開裂實驗。該方法通常用于模擬工件中能夠受到的加工應力及工作應力。恒載荷實驗過程中即使試樣受到的載荷是不變的，然而試樣于暴露過程中因為腐蝕跟裂紋的形成會導致試樣的截面積逐漸變小，進而促使斷裂面上的有效應力表現為連續增高。恒載荷試驗法的特點在于其能夠促使試樣較早的發生斷裂現象、造成試樣使用壽命減短、使應力腐蝕開裂產生的臨界應力變小，但恒載荷實驗更為嚴格。


  c. 慢應變速率拉伸實驗法（SSRT)


   指于特殊的腐蝕環境中把實驗所需試樣放人特別制作的慢應變速率拉伸試驗機中，以一個大小保持恒定且十分遲緩的應變速度通過慢應變速率拉伸試驗機上的十字頭位移進而將載荷施加到試樣上，通過強化應變狀態達到提高應力腐蝕破裂進程速度的目的。因為慢應變速率拉伸實驗是在環境室中進行的，所以能夠在慢拉伸過程中探究其他一些外界因素，例如，溶液酸堿度、溶液溫度以及電極電位等對應力(li)腐蝕開裂(lie)過程產生的作用。應變速度的值是SSRT實驗中最主要的變量，通常情況下發生應力腐蝕開裂的應變速率值的范疇為10-7~10-4s-1,在這一應變速率范圍內將使裂紋尖端的變形、溶解、成膜處于產生應力(li)腐蝕開裂的臨界平衡狀態。