1. 基本定义

应力腐蚀开裂（SCC）是金属材料在特定腐蚀介质和静拉应力共同作用下发生的脆性断裂现象。其特点是裂纹扩展速率远高于单纯腐蚀或机械破坏，且无明显塑性变形。

2. 核心机理

  • 滑移-溶解理论：

    • 在应力作用下，金属表面钝化膜破裂，裸露的金属基体成为阳极区，发生局部溶解。裂纹尖端因应力集中加速溶解，钝化膜反复破裂与修复导致裂纹扩展。

  • 闭塞电池理论：

    • 裂纹内部形成闭塞区域，腐蚀产物水解导致pH值下降（如Cl⁻聚集形成强酸性环境），加速阳极溶解，形成自催化腐蚀循环。

  • 氢脆机制：

    • 某些腐蚀反应（如酸性环境）中释放的氢原子渗入金属晶格，降低材料韧性，导致脆性开裂（如高强度钢的氢脆）。

    3. 必要条件

  • 敏感材料：如奥氏体不锈钢、铝合金、高强度钢等。
  • 特定介质：如Cl⁻（不锈钢）、NaOH（碳钢）、NH₃（黄铜）等。
  • 拉应力：残余应力或外部载荷，通常远低于材料屈服强度。

    • 二、影响SCC的环境因素（高考高频考点分析）

    1. 介质类型

  • 氯离子（Cl⁻）：奥氏体不锈钢在含Cl⁻溶液（如海水）中易发生氯脆，裂纹多呈穿晶或混合型扩展。
  • 碱性溶液（NaOH）：碳钢在高温高浓度碱液中易发生碱脆（晶间开裂），典型案例为锅炉苛性脆化。
  • 氨（NH₃）：铜合金（如黄铜）在含NH₃环境中易开裂，历史上黄铜弹壳“季裂”即由此引发。

    • 2. 温度与浓度

  • 温度升高会显著加速SCC进程，例如不锈钢在80℃以上含Cl⁻环境中的开裂风险更高。
  • 介质浓度需达到临界值，如碳钢在NaOH浓度＞10%、温度＞55℃时易发生碱脆。

    • 3. 应力类型

  • 残余应力：焊接、冷加工等工艺产生的残余拉应力是常见诱因。
  • 外加应力：长期静载荷或周期性载荷（如管道内压）。

    • 三、高考典型例题及解析

    例题：某黄铜零件在潮湿环境中开裂，裂纹表面检测到氮元素。试分析其失效原因并提出防护措施。

    解析：

    1. 原因分析：

  • 材料：黄铜（Cu-Zn合金）对NH₃敏感。
  • 介质：潮湿环境中可能生成NH₃（如微生物分解含氮有机物）。
  • 应力：残余应力或加工应力。
  • 机理：NH₃与黄铜中Zn反应生成可溶性络合物，在拉应力下引发沿晶或穿晶裂纹。

    • 2. 防护措施：

  • 选材优化：避免在含NH₃环境中使用黄铜，改用耐蚀合金（如钛合金）。
  • 消除应力：退火处理减少残余应力。
  • 环境控制：添加缓蚀剂或降低环境湿度。

    • 四、高考命题趋势与备考建议

    1. 命题方向

  • 选择题：结合材料-介质配对（如“不锈钢+Cl⁻”“碳钢+NaOH”）。
  • 简答题：分析具体失效案例的SCC机理及防护措施。
  • 实验题：设计验证SCC影响因素的实验（如对比Cl⁻浓度、温度对不锈钢开裂的影响）。

    • 2. 备考建议

  • 掌握典型组合：熟记常见材料与敏感介质的对应关系（如表格总结）。
  • 理解机理模型：结合滑移-溶解理论和氢脆机制分析具体问题。
  • 联系实际案例：如化工设备、海洋工程中的SCC失效案例，强化综合分析能力。

    • 应力腐蚀开裂是材料、介质、应力三者共同作用的复杂过程。高考中需重点掌握其机理、典型环境因素及防护措施，并结合实际案例进行多维度分析。