◎工作状态下：承受外加载荷造成的工作应力 ◎在生产、制造、加工和安装过程中：
材料内部形成的热应力、形变应力等残余应力 ◎裂纹内腐蚀产物的体积效应造成的楔入作用 ◎阴极反应形成的氢产生的应力
SCC的特征
1. 典型的滞后破坏 2. 裂纹分为晶间型、穿晶型和混合型 3. 裂纹扩展速度比均匀腐蚀快约106倍 4. 低应力的脆性断裂
• 材料的力学性能 • 残余应力
（类型、分布）
• 材料内部因加工造 成的裂纹
及非裂纹型缺陷
防止SCC的措施
1. 降低和消除应力
改进结构设计、避免或消除应力集中 消除加工或装配中的残余应力(如焊接、热处理等)或加工
后进行去应力处理（退火、喷砂、喷丸）
2. 控制环境
改善使用条件，减少和控制有害介质 使用缓蚀剂 涂覆保护涂层 电化学保护
• 临界应力σSCC 临界应力强度因子KI SCC 在此临界值以下，不发生SCC
2. 裂纹形态
SCC裂纹分为晶间型、穿晶型和混合型三种 – 裂纹的途径取决于材料与介质 – 同一材料因介质变化，裂纹途径也可能改变
穿晶型
晶间型
穿晶型：裂纹穿越晶粒扩展，如奥氏体不锈钢、镁合金 晶间型：裂纹沿晶界扩展，如软钢，铝、铜及镍的合金 混合型：钛合金
应力腐蚀裂纹的主要特点是：
– 裂纹起源于表面 – 裂纹的长宽不成比例，相差几个数量级 – 裂纹扩展方向一般垂直于主拉伸应力的方向 – 裂纹一般呈树枝状
3. SCC裂纹扩展速度
－ 扩展速度较快--- 10-8-10-4mm/s －比局部腐蚀快约106倍 － 比纯机械断裂速度低1010倍
4. 低应力的脆性断裂
黄铜的氨脆
铝合金 的SCC
SCC需要同时具备三个条件:
1、敏感的金属材料
几乎所有的金属或合金在特定的介质中 都有一定的SCC敏感性
合金和含有杂质的金属比纯金属 更容易产生SCC
◎ 纯度99.99%的Cu在含氨介质中不会发生腐蚀断 裂，但含有0.04%的P和0.01%的Sb（antimoቤተ መጻሕፍቲ ባይዱy）时
则发生开裂 ◎ 纯度99.99%的Fe在硝酸盐中很难开裂，
但含0.04%C时则容易产生硝脆
2、特定的腐蚀介质
每种合金的SCC只对某些特定的介质敏感 并不是任何介质都能引起SCC
◎严重的全面腐蚀环境：难以发生SCC ◎合金在引起SCC的环境中是惰性的，
表面往往存在钝化膜 ◎只需很少量的特定介质就足以产生SCC
3、足够大的拉伸应力 发生SCC必须有一定拉伸应 力的作用。
3. 正确选择材料
提高纯度、消除有害物质偏析、细化晶粒
THANKS！
裂尖溶解促进位错运动和局部变形， 使应变进一步集中 – 溶解+应变： 小的韧断→连接不同滑移系裂纹→穿晶解理
• 裂纹扩展：
蚀坑尖端部分所受外加拉应力、残余应力 和腐蚀产物锲入蚀坑尖端造成的拉应力。 腐蚀产物体积大于它的金属的体积： 产生裂纹的侧向拉应力 304不锈钢：SCC开裂区腐蚀产物Fe3O4， 约为Fe体积的2倍， 像锲子一样锲入裂纹尖端，加大拉应力， 促进裂纹扩展。
断裂前没有明显的宏观塑性变形 － 脆性断口－解理、准解理或沿晶 － 腐蚀 断口表面颜色暗淡，腐蚀坑和二次裂 纹
穿晶型断口：河流花样、扇形花样、羽 毛状花样
晶间型断口：冰糖块状
SCC机理
阳极溶解型机理
• 奥氏体不锈钢氯脆、黄铜的氨脆
氢致开裂型机理
• 高强钢在水介质中、湿硫化氢中的开裂
两种机理作用
载荷类型 加载方向 载荷大小 加载速度
失稳断裂
裂纹扩展
应力腐蚀 裂纹形核
力学行为
应力状态（平面应力、平面应变） 载荷-裂纹组态（I、II、III型） 缺陷（缺口或裂纹）的集合 应力集中系数或裂纹前端的应力 场强度因子 裂尖塑性区尺寸 应力诱发相变 力学行为 局部应力、应变集中
冶金因素
冶炼方式
加工方式（铸、锻、 轧、焊、热处理、机 加工、表面强化等）
腐蚀与防护
汝浩
2019、11.28
应力作用下的腐蚀
1.应力腐蚀开裂 2.腐蚀疲劳 3.磨损腐蚀 （主要讲解应力腐蚀
开裂）
应力的来源
• 外部： 直接作用在金属上的载荷： 拉伸、压缩、弯曲、扭转等 通过接触面的相对运动、高速流体 （含有固体颗粒的流动）等施加在金属表面
上 • 内部：
加工、热处理、表面处理等过程引入残余 应力，
表面膜的类型、成分、结构、厚度、完整性、强度、塑性、表面粗糙度等
• 成分：合金元素、杂质元素 • 成分的不均匀性：合金元素贫乏，杂质偏析 • 晶体结构：类型 • 结构的不完整性：位错组态、堆垛层错、短程有序 • 组织：相的组成、类型、分布、晶粒度 • 组织的不均匀性：晶界、相界、夹杂物
（种类、形态、数量、分布）
2. 机械作用：
→膜的延展性或强度比基体金属差 →受力变形后局部膜破裂 →诱发SCC裂纹
• 表面几何不连续：沟槽、缺陷、加工痕迹、 附着物
→应力应变集中，有害离子浓缩，诱发 裂纹
• 平面滑移导致的膜破裂 →穿晶SCC裂纹形核
B 裂尖定向溶解导致裂纹扩展
• 裂纹内部形成“闭塞电池” →裂纹尖端--裂纹壁之间
A 钝化膜局部破裂导致裂纹形核
钝化膜局部破坏：电化学作用或机械作用
1. 电化学作用
• 通过点蚀或晶间腐蚀诱发SCC裂纹： 有点蚀： 腐蚀电位比点蚀电位正→ 钝化膜局部击穿 → 点蚀形成 应力作用下从点蚀坑底部诱发SCC裂纹； 无点蚀： 若电位处于活化－钝化或钝化－过钝化的过渡区间 →钝化膜不稳定 → SCC裂纹容易在表面薄弱部位形核(如晶间腐蚀)；
• 铝合金应力腐蚀：阳极溶解+吸附氢--导致晶间应力腐
蚀开裂
阳极溶解型机理
• 在发生SCC的环境中，金属表面通常被钝化膜 覆盖，金属不与腐蚀介质直接接触
• 当钝化膜遭受局部破坏后，裂纹形核，并在应 力作用下裂纹尖端沿某一择优路径定向活化溶解，导致
裂纹扩展，最终发生断裂 – A 钝化膜局部破裂导致裂纹形核 – B 裂尖定向溶解导致裂纹扩展 – C 断裂
或腐蚀产物楔入引入扩张应力。
1.应力腐蚀开裂
4
• Stress Corrosion Cracking—SCC
• 受一定拉伸应力作用的金属材料在某些特定的
介质中，由于腐蚀介质和应力的协同作用而发 生的脆性断裂现象。
材料发生SCC的实例
碳钢、 低合金 钢的碱 脆
碳钢、 低合金 钢的硝 脆
奥氏体 不锈钢 的氯脆
C 断裂
• SCC裂纹扩展到临界尺寸
裂纹失稳 纯机械断裂
环境因素
离子种类、浓度 溶液粘度，pH 氧及其他气体 搅拌或流速 缓蚀剂 温度、压力 辐照、微生物 外加电流
电化学行为
腐蚀原电池的阴极过程 和阳极过程 腐蚀电极的极化 腐蚀电位 腐蚀产物 腐蚀金属的钝化 微观电化学不均匀性
SCC的影响因素
应力因素
1. SCC是典型的滞后破坏
拉伸应力
裂纹形核
材料
裂纹亚临界扩展
裂纹达到临界尺寸
腐蚀介质
失稳断裂
⊿孕育期－裂纹萌生阶段，即裂纹源成核所需时间，
约占整个时间的90％左右； ⊿裂纹扩展期－裂纹成核→临界尺寸 ⊿快速断裂期－由纯力学作用裂纹失稳瞬间断裂
• 整个断裂时间与材料、介质、应力有关 – 短则几分钟，长可达若干年 – 应力降低，断裂时间延长
形成“活化－钝化腐蚀电池” →创造了裂尖快速溶解+自催化的电化学条件；
• 应力和材料不均匀性
为快速溶解提供了择优腐蚀途径: 预存活性途径：沿晶SCC – 晶界：对腐蚀敏感，连续性通道，
相对于周围组织作为阳极 – 应力：拉断连接部位, 使裂纹张开,
避免通道堵塞, 便于物质传递 应变产生的活性途径：穿晶SCC – 裂尖应变集中：化学活性点增加、溶解活化能降低 →强化了无膜裂纹尖端的溶解 – 位错：大量位错滑移至尖端（增加活性和运送杂质）