雙相不銹鋼在應(yīng)力跟一定腐蝕環(huán)境這兩者因素協(xié)同影響下而產(chǎn)生的一種脆性斷裂，往往是在沒(méi)有預(yù)先征兆情況下突然產(chǎn)生的，是一種“災(zāi)難性的腐蝕斷裂形式”，較易導(dǎo)致嚴(yán)重事故，如飛機(jī)出事、油氣管發(fā)生爆炸、橋梁產(chǎn)生斷裂等。應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的主要特征是強(qiáng)調(diào)金屬和介質(zhì)兩者間的匹配性，即僅當(dāng)金屬于一定的腐蝕介質(zhì)中才能夠產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂,例如：黃銅于氨溶液中產(chǎn)生氨脆；低碳鋼于堿溶液中發(fā)生堿脆；不銹鋼于存在有氯離子溶液中產(chǎn)生的氯脆等。
應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的發(fā)生是與材料本身的金屬學(xué)因素、環(huán)境因素以及力學(xué)因素密切相關(guān)的，這三種因素即為應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂產(chǎn)生的主要條件。
1. 金屬學(xué)因素
材料本身的組織結(jié)構(gòu)和成分，例如，晶粒形態(tài)、大小、相結(jié)構(gòu)以及一些缺陷都能夠?qū)饘俨牧系膽?yīng)力腐蝕開(kāi)裂敏感性發(fā)生作用。認(rèn)為純金屬不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂這種觀點(diǎn)是不對(duì)的，因?yàn)閷⒔康慕饘偌昂辖鹩谝欢ǖ母g環(huán)境中都存在某種應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂敏感性。
2. 環(huán)境因素
①. 電位
應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂發(fā)生的電位是隨著材料跟介質(zhì)組成的腐蝕體系的不同而存在差異的，一般情況下應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的發(fā)生存在三個(gè)電位區(qū)，分別為活化－陰極保護(hù)電位過(guò)渡區(qū)、活化－鈍化電位過(guò)渡區(qū)及鈍化－過(guò)鈍化電位區(qū)，總之但凡可以導(dǎo)致材料保護(hù)膜不穩(wěn)定的電位區(qū)域，都能夠推動(dòng)金屬發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂;
②. 腐蝕介質(zhì)的類(lèi)型
腐蝕介質(zhì)對(duì)應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的產(chǎn)生有著相當(dāng)重要的作用，僅當(dāng)金屬跟腐蝕介質(zhì)相匹配時(shí)才會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂;
③. 溶液的溫度
一般來(lái)講應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的敏感性隨著溶液溫度的升高而增強(qiáng)，但是對(duì)于一些體系來(lái)講具有一個(gè)臨界斷裂溫度，在這個(gè)溶液溫度下應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂最敏感，然而在大于這個(gè)溫度的情況下，材料均勻腐蝕的產(chǎn)生阻止了應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的產(chǎn)生。
3. 力學(xué)因素
一般情況下拉應(yīng)力（小于合金的屈服極限）是導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂發(fā)生的主要力學(xué)因素。絕大多數(shù)情況下應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的發(fā)生都具有一個(gè)臨界應(yīng)力，材料所受到的拉應(yīng)力小于該應(yīng)力時(shí)就不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。除了拉伸應(yīng)力能夠引起應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂外，壓應(yīng)力在一些條件下也會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的產(chǎn)生，但是壓應(yīng)力產(chǎn)生的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂危險(xiǎn)性較小。
因?yàn)?span style="font-size: 16px;">應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂跟腐蝕相關(guān)，則其產(chǎn)生的機(jī)理必定跟腐蝕過(guò)程中進(jìn)行的陰極反應(yīng)及陽(yáng)極反應(yīng)相關(guān)，進(jìn)而其機(jī)理可以大致分為陽(yáng)極溶解型和氫致開(kāi)裂型，以及在此基礎(chǔ)上引申出來(lái)的表面膜破裂機(jī)理。
1. 陽(yáng)極溶解機(jī)理
T.P.Hoar 和J.G.Hines等人首先提出陽(yáng)極溶解機(jī)理，他們認(rèn)為滑移帶上的位錯(cuò)堆積區(qū)、金屬材料表面的晶界、亞晶界露頭的位錯(cuò)群、淬火過(guò)程中產(chǎn)生的局部應(yīng)變區(qū)或者不同種雜質(zhì)原子導(dǎo)致的畸變區(qū)以及所謂堆垛層錯(cuò)區(qū)等在特殊的腐蝕介質(zhì)及應(yīng)力這兩者因素的共同影響下形成微裂紋，該微裂紋處于產(chǎn)生階段時(shí)并不是真正的“破裂”，其實(shí)是微裂紋的前沿金屬發(fā)生快速溶解的過(guò)程。圖4.1給出了這一腐蝕的模型。陰極區(qū)為金屬裂紋的外表面（C),進(jìn)行的是陰極反應(yīng)；陽(yáng)極區(qū)在裂紋的前沿處跟（C)區(qū)構(gòu)成大陰極小陽(yáng)極的腐蝕電池。裂紋尖端（A*)的迅速溶解導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的產(chǎn)生。造成這種現(xiàn)象的原因在于裂紋側(cè)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(jìn)而使其溶解速度很小。然而，裂紋尖端的前沿區(qū)域（陽(yáng)極）于局部應(yīng)力集中作用下而發(fā)生迅速形變屈服，因?yàn)榻饘倬w的位錯(cuò)于該范性形變過(guò)程中陸續(xù)地到達(dá)前沿金屬表面，并形成數(shù)量較多的瞬間活性點(diǎn)，進(jìn)而導(dǎo)致裂紋前沿處的溶解速度甚大。
2. 氫致開(kāi)裂機(jī)理
腐蝕過(guò)程中陰極反應(yīng)形成H,并且H擴(kuò)散至裂縫尖端的里部，進(jìn)而導(dǎo)致該區(qū)域變脆，同時(shí)又在拉伸應(yīng)力的影響下最終產(chǎn)生脆斷現(xiàn)象，即金屬在H及拉伸應(yīng)力這兩種因素的協(xié)同影響下而發(fā)生的一種脆性斷裂被稱(chēng)為氫致開(kāi)裂。在腐蝕介質(zhì)中H在應(yīng)力誘導(dǎo)擴(kuò)散的影響下于高應(yīng)力區(qū)聚集，當(dāng)聚集的H濃度到達(dá)臨界值時(shí)，使金屬材料斷裂應(yīng)力降低，則能夠促使氫脆現(xiàn)象的產(chǎn)生。
3. 表面膜破裂機(jī)理
于腐蝕介質(zhì)中總會(huì)有一些具有保護(hù)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(yīng)力的影響下容易造成損壞，促進(jìn)了材料新鮮表面的裸露。于電解質(zhì)溶液中裸露出來(lái)的金屬表面作為陽(yáng)極跟材料表面上未受損的表面膜構(gòu)成大陰極小陽(yáng)極的腐蝕電池，產(chǎn)生溶解。于應(yīng)力影響下能夠通過(guò)滑移階梯來(lái)闡明金屬表面膜的破裂機(jī)理。金屬表面上膜的局部區(qū)域總是能夠具有一些比較脆弱的點(diǎn)，在受力的條件下金屬基體內(nèi)部的位錯(cuò)就會(huì)順著滑移面而發(fā)生移動(dòng)，進(jìn)而促進(jìn)滑移階梯的產(chǎn)生。滑移階梯較大時(shí)由于金屬表面具有的膜不能夠隨著滑移階梯發(fā)生的形變而產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的變形，此時(shí)就能夠?qū)е陆饘俦砻嫔系哪ぎa(chǎn) 生破裂現(xiàn)象進(jìn)而導(dǎo)致基體金屬裸露出新鮮表面。
雙相不銹鋼的應(yīng)力腐蝕實(shí)驗(yàn)方法應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩x擇合適的實(shí)驗(yàn)所需試樣類(lèi)型（缺口試樣、光滑試樣及預(yù)制裂紋試樣）及加載方式（恒變形、恒載荷以及慢應(yīng)變速率拉伸加載）。這里主要介紹一下國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的用力學(xué)的方法來(lái)研究應(yīng)力腐蝕的方式。
a. 恒定變形實(shí)驗(yàn)法
是一種利用彎曲或者拉伸從而讓試樣產(chǎn)生變形進(jìn)而促進(jìn)拉應(yīng)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(lái)保持試樣材料產(chǎn)生變形不變的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂實(shí)驗(yàn)法。恒變形應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)力在裂紋尖端高度集中使裂紋張開(kāi)，而且有一部分外加彈性應(yīng)變轉(zhuǎn)變成塑性應(yīng)變，因此裂紋產(chǎn)生后會(huì)引起應(yīng)力下降。該方法通常用在模擬工程構(gòu)件中的加工制造應(yīng)力狀態(tài)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(diǎn)進(jìn)而成為恒位移變形實(shí)驗(yàn)法中較為常用的試樣。
b. 恒載荷實(shí)驗(yàn)法
指對(duì)實(shí)驗(yàn)用試樣施予一定的載荷進(jìn)行應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂實(shí)驗(yàn)。該方法通常用于模擬工件中能夠受到的加工應(yīng)力及工作應(yīng)力。恒載荷實(shí)驗(yàn)過(guò)程中即使試樣受到的載荷是不變的，然而試樣于暴露過(guò)程中因?yàn)楦g跟裂紋的形成會(huì)導(dǎo)致試樣的截面積逐漸變小，進(jìn)而促使斷裂面上的有效應(yīng)力表現(xiàn)為連續(xù)增高。恒載荷試驗(yàn)法的特點(diǎn)在于其能夠促使試樣較早的發(fā)生斷裂現(xiàn)象、造成試樣使用壽命減短、使應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂產(chǎn)生的臨界應(yīng)力變小，但恒載荷實(shí)驗(yàn)更為嚴(yán)格。
c. 慢應(yīng)變速率拉伸實(shí)驗(yàn)法（SSRT)
指于特殊的腐蝕環(huán)境中把實(shí)驗(yàn)所需試樣放人特別制作的慢應(yīng)變速率拉伸試驗(yàn)機(jī)中，以一個(gè)大小保持恒定且十分遲緩的應(yīng)變速度通過(guò)慢應(yīng)變速率拉伸試驗(yàn)機(jī)上的十字頭位移進(jìn)而將載荷施加到試樣上，通過(guò)強(qiáng)化應(yīng)變狀態(tài)達(dá)到提高應(yīng)力腐蝕破裂進(jìn)程速度的目的。因?yàn)槁龖?yīng)變速率拉伸實(shí)驗(yàn)是在環(huán)境室中進(jìn)行的，所以能夠在慢拉伸過(guò)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(duì)應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂過(guò)程產(chǎn)生的作用。應(yīng)變速度的值是SSRT實(shí)驗(yàn)中最主要的變量，通常情況下發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的應(yīng)變速率值的范疇為10-7~10-4s-1,在這一應(yīng)變速率范圍內(nèi)將使裂紋尖端的變形、溶解、成膜處于產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的臨界平衡狀態(tài)。
