金屬及其合金的應(yīng)力腐蝕開裂已被廣泛研究，研究應(yīng)力腐蝕的最基本問題是探索裂紋起源、擴(kuò)展的原因和過程。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解釋。以下將簡(jiǎn)要介紹應(yīng)力腐蝕的相關(guān)機(jī)理。

一、陽極溶解機(jī)理

  陽極溶解理論是由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)面和尖端組成了陽極區(qū)，產(chǎn)生了大陰極、小陽極的電化學(xué)腐蝕。應(yīng)力腐蝕是由裂紋尖端的快速陽極溶解所引起的，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，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極的腐蝕電池；陽極部位產(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)生陽極溶解。活性通道可由以下一些不同的原因構(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)過程，但是應(yīng)力腐蝕過程的一些現(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，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。