雙相不銹鋼在應(ying)力跟(gen)一(yi)定腐蝕(shi)環(huan)境(jing)這(zhe)兩者因(yin)素協同影響下而(er)產生(sheng)的(de)一(yi)種(zhong)(zhong)脆性斷裂，往(wang)往(wang)是在沒有預先征兆情況下突然產生(sheng)的(de)，是一(yi)種(zhong)(zhong)“災(zai)難性的(de)腐蝕(shi)斷裂形式”，較(jiao)易(yi)導致嚴(yan)重事故，如(ru)飛機出事、油氣管發生(sheng)爆炸、橋梁產生(sheng)斷裂等。應力腐蝕開裂(lie)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。


  應力腐(fu)蝕(shi)開裂的(de)發生是與材料本身的(de)金屬學(xue)因素(su)、環境因素(su)以及力學(xue)因素(su)密切相關(guan)的(de)，這三種因素(su)即為(wei)應力腐(fu)蝕(shi)開裂產生的(de)主要(yao)條件。


1. 金屬學因素


   材(cai)料本身的組織結構(gou)和成分，例如，晶粒形態、大小(xiao)、相結構(gou)以及(ji)一(yi)些缺陷(xian)都能(neng)夠對金(jin)屬材(cai)料的應力腐蝕開(kai)裂敏感(gan)性發生(sheng)作用(yong)。認為(wei)純金(jin)屬不會(hui)產生(sheng)應力腐蝕開(kai)裂這種觀點是不對的，因為(wei)將近(jin)全部的金(jin)屬及(ji)合金(jin)于一(yi)定的腐蝕環境中都存(cun)在某(mou)種應力腐蝕開(kai)裂敏感(gan)性。


2. 環(huan)境因素


   ①. 電位

   

   應(ying)力腐(fu)(fu)(fu)蝕開(kai)裂發生(sheng)的(de)電位是隨(sui)著(zhu)材料(liao)跟介質組(zu)成的(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕體系的(de)不(bu)同而存在差(cha)異的(de)，一般(ban)情況下應(ying)力腐(fu)(fu)(fu)蝕開(kai)裂的(de)發生(sheng)存在三個電位區(qu)，分別為活(huo)(huo)化(hua)(hua)(hua)－陰極保護(hu)電位過渡區(qu)、活(huo)(huo)化(hua)(hua)(hua)－鈍化(hua)(hua)(hua)電位過渡區(qu)及鈍化(hua)(hua)(hua)－過鈍化(hua)(hua)(hua)電位區(qu)，總(zong)之但凡可以導(dao)致材料(liao)保護(hu)膜不(bu)穩(wen)定的(de)電位區(qu)域，都能(neng)夠推動金屬發生(sheng)應(ying)力腐(fu)(fu)(fu)蝕開(kai)裂; 


  ②. 腐蝕(shi)介質的(de)類(lei)型


   腐蝕(shi)(shi)介質對應(ying)力(li)腐蝕(shi)(shi)開(kai)裂(lie)的(de)產生有著相當重要的(de)作(zuo)用，僅(jin)當金屬跟(gen)腐蝕(shi)(shi)介質相匹配時(shi)才(cai)會產生應(ying)力(li)腐蝕(shi)(shi)開(kai)裂(lie);


  ③. 溶液的溫度


    一般來講應(ying)力(li)腐蝕(shi)開(kai)(kai)裂(lie)的(de)(de)敏(min)感性隨著溶液溫(wen)度(du)的(de)(de)升高而(er)增強，但是(shi)對于(yu)一些體系來講具(ju)有一個(ge)臨界斷裂(lie)溫(wen)度(du)，在(zai)這個(ge)溶液溫(wen)度(du)下應(ying)力(li)腐蝕(shi)開(kai)(kai)裂(lie)最敏(min)感，然而(er)在(zai)大于(yu)這個(ge)溫(wen)度(du)的(de)(de)情況下，材料均勻腐蝕(shi)的(de)(de)產生阻(zu)止了應(ying)力(li)腐蝕(shi)開(kai)(kai)裂(lie)的(de)(de)產生。


3. 力學因素(su)


  一(yi)般情況(kuang)下拉(la)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)（小于合金(jin)的(de)(de)(de)屈(qu)服(fu)極限）是(shi)(shi)導致(zhi)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐蝕(shi)開(kai)(kai)裂(lie)(lie)發生(sheng)的(de)(de)(de)主要力(li)(li)學因素。絕大多數情況(kuang)下應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐蝕(shi)開(kai)(kai)裂(lie)(lie)的(de)(de)(de)發生(sheng)都具(ju)有一(yi)個臨界應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)，材料(liao)所受到(dao)的(de)(de)(de)拉(la)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)小于該應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)時(shi)就不會產生(sheng)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐蝕(shi)開(kai)(kai)裂(lie)(lie)。除了拉(la)伸應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)能夠引起應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐蝕(shi)開(kai)(kai)裂(lie)(lie)外，壓應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)在一(yi)些條件下也(ye)會導致(zhi)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐蝕(shi)開(kai)(kai)裂(lie)(lie)的(de)(de)(de)產生(sheng)，但是(shi)(shi)壓應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)產生(sheng)的(de)(de)(de)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐蝕(shi)開(kai)(kai)裂(lie)(lie)危險性較小。



  因為應(ying)力腐蝕(shi)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(kai)裂(lie)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(cheng)中(zhong)陰極反應形成H,并(bing)且(qie)H擴(kuo)散至裂(lie)縫尖端(duan)的(de)里部，進(jin)而(er)導(dao)致該區域(yu)變脆，同時(shi)又在(zai)(zai)拉伸應力(li)的(de)影(ying)響下(xia)最終產(chan)生(sheng)脆斷(duan)現象，即(ji)金屬在(zai)(zai)H及(ji)拉伸應力(li)這兩種因素的(de)協(xie)同影(ying)響下(xia)而(er)發生(sheng)的(de)一種脆性斷(duan)裂(lie)被稱為氫(qing)致開裂(lie)。在(zai)(zai)腐蝕(shi)介質中(zhong)H在(zai)(zai)應力(li)誘導(dao)擴(kuo)散的(de)影(ying)響下(xia)于高應力(li)區聚集，當聚集的(de)H濃(nong)度到達(da)臨界值時(shi)，使金屬材料斷(duan)裂(lie)應力(li)降低，則能夠促(cu)使氫(qing)脆現象的(de)產(chan)生(sheng)。


3. 表面膜破裂機理


   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(shuang)相(xiang)不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腐蝕(shi)開裂實驗法。恒變形應(ying)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. 恒載荷實驗(yan)法


     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(ying)變速率拉伸實驗(yan)法(fa)（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(ying)力腐蝕開裂過程產生的作用。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(ying)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(ying)力腐蝕開裂的臨界平衡狀態。