有許多理論對應力腐蝕現象進行解釋,現選其中比較常用的三種簡述如下:
1. 活化通路(lu)型應(ying)力(li)腐蝕
從電化學腐蝕理論中知道,當腐蝕電池是一個大陰極和一個小陽極時,陽極的溶解表現為集中性腐蝕損傷。只要在腐蝕過程中,陽極始終保持處于裂紋的最前沿,裂尖處于活化狀態下而不鈍化,與此同時其他部位(包括裂紋斷口兩側)發生鈍化,則裂紋可以一直向前發展直至斷裂如圖3-6所示。從圖中可以看出,裂紋猶如一個閉塞電池,裂紋內尖端是一個陽極區。裂口內部聚集了一些沉淀物如Fe3O4·Fe(OH)3,將裂紋通道堵塞,而此時H+可透過閉塞物質緩慢地向外擴散,內部消耗的H2O則通過滲透來補充。這樣又將其他活性離子(如Cl)帶入內部,促使內部腐蝕性增強,在應力作用下促使裂紋尖端區域鈍化膜破壞,將陽極進一步活化且更加集中,裂紋就進一步深入發展,直至斷裂。閉塞電池的實質是裂紋內部的電化學發展過程。若裂隙中沉淀物的體積大于破壞金屬的體積很多時,則出現脹裂力,使裂紋尖端應力增大,促使應力腐蝕裂紋的發展。這一理論著重說明了電化學過程的重要性。
2. 應變產生活性通道應力腐蝕
應(ying)(ying)(ying)變(bian)(bian)產生活性(xing)通道應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐蝕是指鈍(dun)化(hua)(hua)膜(mo)(mo)(mo)在(zai)(zai)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)作(zuo)用(yong)(yong)下同金(jin)(jin)屬基體一起變(bian)(bian)形時發(fa)生破裂,裂隙處暴露出的(de)(de)金(jin)(jin)屬成為活化(hua)(hua)陽極(ji),發(fa)生溶解(jie)。在(zai)(zai)腐蝕過程中(zhong),鈍(dun)化(hua)(hua)膜(mo)(mo)(mo)破壞的(de)(de)同時又會使破裂的(de)(de)鈍(dun)化(hua)(hua)膜(mo)(mo)(mo)修(xiu)復(fu)(fu),在(zai)(zai)連續發(fa)生應(ying)(ying)(ying)變(bian)(bian)的(de)(de)條件下修(xiu)復(fu)(fu)的(de)(de)鈍(dun)化(hua)(hua)膜(mo)(mo)(mo)又遭破壞。此(ci)過程周而復(fu)(fu)始不斷發(fa)生,當應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)超過修(xiu)復(fu)(fu)后鈍(dun)化(hua)(hua)膜(mo)(mo)(mo)的(de)(de)強度(du),應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐蝕即可發(fa)生,直至脆(cui)斷,如圖3-7所示(shi)。該理論著重說(shuo)明(ming)了應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)的(de)(de)重要作(zuo)用(yong)(yong)。
3. 氫脆型應(ying)力腐蝕
腐(fu)(fu)蝕(shi)電池是由小陰(yin)極和大陽極組成,這(zhe)時(shi)大陽極發(fa)生溶解表(biao)現(xian)為均勻(yun)性(xing)腐(fu)(fu)蝕(shi)。小陰(yin)極區的(de)陰(yin)極過程中(zhong)(zhong)(zhong),如果發(fa)生析氫的(de)話,將發(fa)生陰(yin)極區金(jin)屬的(de)集中(zhong)(zhong)(zhong)性(xing)滲(shen)氫,在持續載荷作用下氫促進塑性(xing)應(ying)變而導(dao)致脆斷(duan),應(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)就會順利(li)發(fa)展(zhan)。隨著裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)的(de)發(fa)展(zhan),裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)尖端應(ying)力(li)(裂(lie)(lie)(lie)(lie)尖應(ying)力(li))、應(ying)變集中(zhong)(zhong)(zhong)促進金(jin)屬中(zhong)(zhong)(zhong)氫往裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)尖端中(zhong)(zhong)(zhong)聚集(叫(jiao)做應(ying)力(li)誘導(dao)擴散),最終(zhong)導(dao)致應(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)斷(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)。氫脆裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)擴散機理的(de)示意(yi)圖如圖3-8所示。