有許多理論對應力腐蝕(shi)現象進行解釋,現選其中比較常用的三種簡述如下:
1. 活化通路型應力腐蝕
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(bian)產生(sheng)活性通道應力(li)腐蝕
應(ying)變(bian)產生活(huo)性(xing)通道應(ying)力(li)腐蝕是指(zhi)鈍(dun)化(hua)膜在應(ying)力(li)作(zuo)用(yong)下同金屬基體(ti)一起變(bian)形時(shi)發(fa)生破(po)裂,裂隙(xi)處暴(bao)露出的(de)金屬成為活(huo)化(hua)陽極,發(fa)生溶解。在腐蝕過程中,鈍(dun)化(hua)膜破(po)壞的(de)同時(shi)又會使破(po)裂的(de)鈍(dun)化(hua)膜修(xiu)復,在連續發(fa)生應(ying)變(bian)的(de)條件下修(xiu)復的(de)鈍(dun)化(hua)膜又遭破(po)壞。此過程周而復始不(bu)斷發(fa)生,當應(ying)力(li)超過修(xiu)復后鈍(dun)化(hua)膜的(de)強(qiang)度,應(ying)力(li)腐蝕即可(ke)發(fa)生,直至脆斷,如圖3-7所(suo)示。該理論著(zhu)重說明了應(ying)力(li)的(de)重要作(zuo)用(yong)。
3. 氫脆型應力(li)腐蝕
腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)電(dian)池(chi)是(shi)由小陰(yin)極(ji)和大(da)陽(yang)極(ji)組成,這時(shi)大(da)陽(yang)極(ji)發(fa)(fa)(fa)生溶解表現為均勻性(xing)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)。小陰(yin)極(ji)區的陰(yin)極(ji)過程中(zhong),如(ru)果(guo)發(fa)(fa)(fa)生析氫(qing)的話,將發(fa)(fa)(fa)生陰(yin)極(ji)區金(jin)屬的集(ji)中(zhong)性(xing)滲氫(qing),在持(chi)續載荷(he)作用(yong)下氫(qing)促進塑性(xing)應(ying)變而導(dao)致脆(cui)斷(duan),應(ying)力(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)就會順利發(fa)(fa)(fa)展。隨著裂紋(wen)的發(fa)(fa)(fa)展,裂紋(wen)尖端應(ying)力(li)(裂尖應(ying)力(li))、應(ying)變集(ji)中(zhong)促進金(jin)屬中(zhong)氫(qing)往裂紋(wen)尖端中(zhong)聚集(ji)(叫(jiao)做(zuo)應(ying)力(li)誘(you)導(dao)擴(kuo)散),最終導(dao)致應(ying)力(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)斷(duan)裂。氫(qing)脆(cui)裂紋(wen)擴(kuo)散機(ji)理的示(shi)意(yi)圖如(ru)圖3-8所示(shi)。