金屬及其合金的應(yīng)力腐蝕開裂已被廣泛研究，研究應(yīng)力腐蝕的最基本問(wèn)題是探索裂紋起源、擴(kuò)展的原因和過(guò)程。目前，已經(jīng)在研究裂紋尖端化學(xué)和電化學(xué)狀態(tài)、應(yīng)力強(qiáng)度與裂紋擴(kuò)展速率的關(guān)系、氫在裂紋擴(kuò)展中的地位、應(yīng)力和應(yīng)變速率的作用等方面取得了很大進(jìn)展。已經(jīng)提出的應(yīng)力腐蝕開裂機(jī)理有陽(yáng)極溶解型機(jī)理和氫致開裂型機(jī)理兩大類。在這兩類機(jī)理的基礎(chǔ)上又發(fā)展了表面膜破裂理論、活性通道理論、應(yīng)力吸附開裂理論、腐蝕產(chǎn)物楔人理論、閉塞電池理論、以機(jī)械開裂為主的兩段論及開裂三階段理論等。應(yīng)力腐蝕是一個(gè)非常復(fù)雜的問(wèn)題，裂紋只是其形式的一種，造成裂紋的原因和裂紋進(jìn)展過(guò)程在不同條件下也不同，所以很多時(shí)候不能只用一種理論來(lái)解釋。以下將簡(jiǎn)要介紹應(yīng)力腐蝕的相關(guān)機(jī)理。

一、陽(yáng)極溶解機(jī)理

  陽(yáng)極溶解理論是由T.P.Hoar和 J.G.Hines提出的。本理論認(rèn)為，在應(yīng)力和腐蝕的聯(lián)合作用下，局部位置上產(chǎn)生了微裂紋。這時(shí)金屬的整個(gè)表面是陰極區(qū)，裂紋的側(cè)面和尖端組成了陽(yáng)極區(qū)，產(chǎn)生了大陰極、小陽(yáng)極的電化學(xué)腐蝕。應(yīng)力腐蝕是由裂紋尖端的快速陽(yáng)極溶解所引起的，裂紋的側(cè)面由于有表面膜等，使得側(cè)面方向上的溶解受到了抑制，從而比裂紋尖端處的溶解速率要小得多，這就保證裂紋能像剪刀似地向前擴(kuò)展。這種理論最適用于自鈍化金屬。由于裂紋兩側(cè)受到鈍化膜保護(hù)，更顯示出裂紋尖端的快速溶解，隨著裂紋向前推進(jìn)，裂紋兩側(cè)的金屬將重新發(fā)生鈍化（即再鈍化），因此這種理論與膜的再鈍化過(guò)程有密切聯(lián)系。如果再鈍化太快，就不會(huì)產(chǎn)生裂縫的進(jìn)一步腐蝕；如果再鈍化太慢，裂縫尖部將變圓而形成活性較低的蝕孔。只有當(dāng)裂縫中鈍化膜破裂和再鈍化過(guò)程處于某種同步條件下才能使裂紋向縱深發(fā)展，可以設(shè)想有一個(gè)使裂縫進(jìn)展狹小的再鈍化時(shí)間的范圍。陽(yáng)極溶解理論是傳統(tǒng)的應(yīng)力腐蝕機(jī)理，關(guān)于它的研究比較多。

二、氫致開裂機(jī)理

 近年來(lái)，應(yīng)力腐蝕的吸氫脆變理論研究取得了較大的進(jìn)展。該理論認(rèn)為，由于腐蝕的陰極反應(yīng)產(chǎn)生氫，氫原子擴(kuò)散到裂縫尖端金屬內(nèi)部，使這一區(qū)域變脆，在拉應(yīng)力作用下脆斷。此理論幾乎一致的意見是：在應(yīng)力腐蝕破裂中，氫起了重要的作用。由于海洋結(jié)構(gòu)用鋼在腐蝕很強(qiáng)的海洋大氣環(huán)境中，在金屬表面容易發(fā)生陰極析氫反應(yīng)，造成氫在鋼鐵表面的吸附及向內(nèi)部的擴(kuò)散，使鋼鐵結(jié)構(gòu)脆變；同時(shí)，在交變載荷作用下，鋼鐵結(jié)構(gòu)很容易發(fā)生由氫脆造成的斷裂，危害巨大，氫致開裂的具體機(jī)理將在以后重點(diǎn)介紹。

三、表面膜破裂機(jī)理

 在腐蝕介質(zhì)中，金屬表面形成具有保護(hù)能力的表面膜，此膜在應(yīng)力作用下引起破壞或減弱，結(jié)果暴露出新鮮表面。此新鮮表面在電解質(zhì)溶液中成為陽(yáng)極，它與陰極具有表面膜的金屬其余表面組成一個(gè)大面積陰極和小面積陽(yáng)極的腐蝕電池；陽(yáng)極部位產(chǎn)生坑蝕，進(jìn)而萌生裂紋。表面膜破裂是由多種因素造成的，如機(jī)械損傷。在應(yīng)力的作用下表面膜的破壞可以用滑移階梯來(lái)解釋。金屬在應(yīng)力的作用下產(chǎn)生塑性變形就是金屬中的位錯(cuò)沿滑移面的運(yùn)動(dòng)，結(jié)果在表面匯合處出現(xiàn)滑移階梯，如果表面的保護(hù)膜不能隨著階梯發(fā)生相應(yīng)的變化，表面膜就要被破壞。

四、活性通道理論

 活性通道理論是由迪克斯、米爾斯和布朗等人最先提出的，他們認(rèn)為，在發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂的金屬或合金中存在著一條易于腐蝕、基本上是連續(xù)的通道，沿著這條活性通道優(yōu)先發(fā)生陽(yáng)極溶解?；钚酝ǖ揽捎梢韵乱恍┎煌脑驑?gòu)成：①. 合金成分和顯微結(jié)構(gòu)上的差異，如多相合金和晶界的析出物等；②. 溶質(zhì)原子可能析出的高度無(wú)序晶界或亞晶界；③. 由于局部應(yīng)力集中及由此產(chǎn)生的應(yīng)變引起的陽(yáng)極晶界面；④. 由于應(yīng)變引起表面膜的局部破裂；⑤. 由于塑性變形引起的陽(yáng)極區(qū)等。在腐蝕環(huán)境中，當(dāng)活性通道與周圍的主體金屬建立起腐蝕電池時(shí)，電化學(xué)腐蝕就沿著這條路線進(jìn)行。

 局部電化學(xué)溶解將形成很窄的裂縫，而外加應(yīng)力使裂縫頂端應(yīng)力集中產(chǎn)生局部塑性變形，然后引起表面膜撕裂。裸露的金屬成為新的陽(yáng)極，而裂縫兩側(cè)仍有表面膜保護(hù)，與金屬外表面共同起陰極作用。電解液靠毛細(xì)管作用滲人到裂縫尖端，使其在高電流密度下發(fā)生加速的陽(yáng)極活性溶解。隨著反應(yīng)進(jìn)行，裂縫尖端的電解質(zhì)發(fā)生濃度變化，產(chǎn)生極化作用和表面膜的再生，腐蝕速率迅速下降。重復(fù)緩慢的活性通道腐蝕，直到裂縫尖端重新建立起足夠大的應(yīng)力集中，再次引起變形和裂縫產(chǎn)生。這個(gè)過(guò)程不斷重復(fù)，直到裂縫深人到金屬內(nèi)部，使金屬斷面減小到不足以承受載荷斷裂。

 活性通道假說(shuō)強(qiáng)調(diào)了應(yīng)力作用下表面膜的破裂與電化學(xué)活性溶解的聯(lián)合作用。因此，這個(gè)理論提出了發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂必須具備的兩個(gè)基本條件：一是合金中預(yù)先要存在一條對(duì)腐蝕敏感的、多少帶有連續(xù)性的通道，這條通道在特定的環(huán)境介質(zhì)中對(duì)于周圍組織是腐蝕電池的陽(yáng)極；二是合金表面上要有足夠大的基本上是垂直于通道的張應(yīng)力，在該張應(yīng)力作用下裂縫尖端出現(xiàn)應(yīng)力集中區(qū)，促使表面膜破裂。在平面排列的位錯(cuò)露頭處，或新形成的滑移臺(tái)階處，處于高應(yīng)變狀態(tài)的金屬原子發(fā)生擇優(yōu)腐蝕，沿位錯(cuò)線向縱深發(fā)展，形成隧洞。在應(yīng)力作用下，隧洞間的金屬產(chǎn)生機(jī)械撕裂。當(dāng)機(jī)械撕裂停止后，又重新開始隧道腐蝕，此過(guò)程的反復(fù)發(fā)生導(dǎo)致裂紋的不斷擴(kuò)展，直到金屬不能承受載荷而發(fā)生過(guò)載斷裂。此模型雖然有一定的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，但屬于一種伴生現(xiàn)象，并非是應(yīng)力腐蝕的必要條件，不能成為應(yīng)力腐蝕的主要機(jī)理。

五、應(yīng)力吸附開裂理論

 上述幾種理論都包含電化學(xué)過(guò)程，但是應(yīng)力腐蝕過(guò)程的一些現(xiàn)象，如腐蝕介質(zhì)的選擇性、破裂臨界電位與腐蝕電位的關(guān)系等，用電化學(xué)理論不能圓滿解釋。為此，尤利格提出應(yīng)力吸附破裂理論。他認(rèn)為，應(yīng)力腐蝕開裂一般并不是由于金屬的電化學(xué)溶解所引起的，而是由于環(huán)境中某些破壞性組分對(duì)金屬內(nèi)表面的吸附，削弱了金屬原子間的結(jié)合力，在拉應(yīng)力作用下引起破裂。這是一種純機(jī)械性破裂機(jī)理。此模型為純機(jī)械開裂模型，該模型得到的最大支持是許多純金屬和合金在液態(tài)金屬中的脆斷。吸附使金屬表面能降低，降低得越多，應(yīng)力腐蝕敏感性越高，但有的現(xiàn)象卻是相反的，缺乏廣泛的實(shí)驗(yàn)支持，在水介質(zhì)的應(yīng)力腐蝕理論中所占的比例不大。

六、腐蝕產(chǎn)物楔入理論

 腐蝕產(chǎn)物楔入理論是由N.Nielsen首先提出的，他認(rèn)為，腐蝕產(chǎn)物沉積在裂紋尖端后面的陰極區(qū)。這種腐蝕產(chǎn)物有舌狀、扇狀等。在未加應(yīng)力時(shí)，腐蝕產(chǎn)物雜亂分布；加應(yīng)力后，不僅使腐蝕產(chǎn)物沿晶體缺陷，特別是沿位錯(cuò)線排列，而且舌狀、扇狀等也發(fā)展得更突出。腐蝕產(chǎn)物的沉積對(duì)裂紋起了楔子作用，產(chǎn)生了應(yīng)力。當(dāng)沉積物造成的應(yīng)力達(dá)到臨界值后，裂紋向前擴(kuò)展，新產(chǎn)生的裂紋內(nèi)吸人了電解質(zhì)溶液，使得裂紋尖端陽(yáng)極溶解繼續(xù)進(jìn)行，這就產(chǎn)生了更多的可溶性金屬離子，這些離子擴(kuò)散至陰極區(qū)并生成氧化物和氫氧化物等沉積下來(lái)，因此而產(chǎn)生的應(yīng)力又引起裂紋向前擴(kuò)展，如此反復(fù)，直至開裂。

七、閉塞電池理論

 閉塞電池理論（Occluded Cell Corrosion)認(rèn)為，由于金屬表面某些選擇性腐蝕的結(jié)果，或者由于某些特殊的幾何形狀，使電解液中這些部位的流動(dòng)性受到限制，造成這些部位的液體化學(xué)成分與整體化學(xué)成分有很大差異，從而降低了這些部位的電位，加速該區(qū)域的局部腐蝕，形成空洞，這些空洞就是所謂的閉塞電池。閉塞電池內(nèi)，陽(yáng)極反應(yīng)的結(jié)果使酸度增加，從而加速了孔蝕的速率，在應(yīng)力的作用下孔蝕可擴(kuò)展為裂紋。

八、以機(jī)械開裂為主的兩段論

 以機(jī)械開裂為主的兩段論認(rèn)為：應(yīng)力腐蝕首先由于電化學(xué)的腐蝕作用形成裂紋源，然后在應(yīng)力的作用下迅速擴(kuò)展而開裂。當(dāng)裂紋擴(kuò)展遇到析出物或不規(guī)則取向晶粒時(shí)而停止，然后再進(jìn)行電化學(xué)腐蝕，這樣交替進(jìn)行，直至開裂。

九、開裂三段論理論

 左景伊提出開裂三階段理論，其要點(diǎn)是解釋所謂的特性離子作用。這三個(gè)階段是：材料表面生成鈍化膜或保護(hù)膜，全面腐蝕速率比較低，使腐蝕只發(fā)生在局部區(qū)域；保護(hù)膜局部破裂，形成孔蝕或裂紋源；縫內(nèi)環(huán)境發(fā)生關(guān)鍵性的變化，裂縫向縱深發(fā)展，而不是在表面徑向擴(kuò)散。