經過近一百年的發展,人們通過動力學、熱力學、電化學等各方面的理論,解釋應力腐蝕發生原因,由于應力腐蝕的復雜性,有關應力腐蝕的機理迄今沒有統一的認識。總結眾人研究成果,截至目前所提出的機理中可以分成兩大類:一是陽極溶解機理;二是氫致開裂(hydrogen induced cracking,HIC)。陽極溶解機理認為:應力腐蝕裂紋尖端處于陽極,陽極金屬溶解使裂紋不斷擴展。氫致開裂機理則認為:裂紋尖端處于陰極區,陰極反應使裂紋尖端的金屬快速溶解。
一、陽極溶解(jie)
陽極溶(rong)解機(ji)理(li)包括(kuo)滑移溶(rong)解理(li)論(lun)、活(huo)性通道(dao)理(li)論(lun)、應力吸附斷裂理(li)論(lun)、位錯運動致(zhi)裂理(li)論(lun)等(deng)。
1. 滑移溶解理論(lun)
滑(hua)移溶解(jie)理(li)論是目前(qian)眾多應力(li)腐蝕機(ji)理(li)中認可度較高(gao)的理(li)論,該理(li)論認為(wei):金屬(shu)表面鈍化膜破裂的主要原因是由位錯滑(hua)移引起的,過程如下:
位錯(cuo)滑移(yi)→鈍(dun)化膜破裂(lie)→基體金屬溶解→新的鈍(dun)化膜形(xing)成以(yi)上(shang)過程反復進行,導致應力腐蝕(shi)裂(lie)紋萌生和(he)擴展,示意圖(tu)如圖(tu)5-4所示。
該理論可以很好(hao)地解釋穿晶裂紋,但(dan)是不能(neng)解釋裂紋形核的(de)不連(lian)續性、無鈍化膜的(de)應力腐(fu)蝕、解理斷口。
2. 活性(xing)通(tong)道理(li)論
活性(xing)通(tong)道(dao)理論是由 EDix、Mears等(deng)人提(ti)出的,其觀點是:金屬內部(bu)由于(yu)各種(zhong)原因形(xing)成一條耐腐蝕性(xing)較弱的“活性(xing)通(tong)道(dao)”,裂紋沿通(tong)道(dao)擴(kuo)展。
3. 位錯運動致裂理論(lun)
該理論的主要觀點是:位錯滑移引起氮、碳、氫(qing)等在缺陷處(chu)偏聚,位錯處(chu)成分偏析為(wei)應力腐蝕提供了條件。
4. 應力吸(xi)附斷(duan)裂理論(lun)
該(gai)理論(lun)最早(zao)由(you)H.H.Uhlig等(deng)人提出。他們認為(wei):一(yi)些(xie)特殊離(li)子(zi)會吸附在裂紋(wen)尖端,造成(cheng)(cheng)金屬(shu)表面能降低,形成(cheng)(cheng)應力腐蝕擴展路線。
二、氫致(zhi)開裂理(li)論
氫致開裂理論認為:應力腐蝕的陰極反應為析氫反應,析出的H原子一部分進入金屬內部,造成應力腐蝕,其示意圖如圖5-5所示。H原子結合成H2,使內部壓力增大,造成裂紋產生,此理論稱為氫內壓理論。有些研究人員認為,位錯使氫富集,引起局部塑性變形,形成了位錯輸送理論。還有人認為,氫吸附在金屬表面,降低了表面能,引起開裂。