金屬及其合金的應力腐蝕開裂已被廣泛研究，研究應力腐蝕的最基本問題是探索裂紋起源、擴展的原因和過程。目前，已經在研究裂紋尖端化學和電化學狀態(tài)、應力強度與裂紋擴展速率的關系、氫在裂紋擴展中的地位、應力和應變速率的作用等方面取得了很大進展。已經提出的應力腐蝕開裂機理有陽極溶解型機理和氫致開裂型機理兩大類。在這兩類機理的基礎上又發(fā)展了表面膜破裂理論、活性通道理論、應力吸附開裂理論、腐蝕產物楔人理論、閉塞電池理論、以機械開裂為主的兩段論及開裂三階段理論等。應力腐蝕是一個非常復雜的問題，裂紋只是其形式的一種，造成裂紋的原因和裂紋進展過程在不同條件下也不同，所以很多時候不能只用一種理論來解釋。以下將簡要介紹應力腐蝕的相關機理。

一、陽極溶解機理

  陽極溶解理論是由T.P.Hoar和 J.G.Hines提出的。本理論認為，在應力和腐蝕的聯(lián)合作用下，局部位置上產生了微裂紋。這時金屬的整個表面是陰極區(qū)，裂紋的側面和尖端組成了陽極區(qū)，產生了大陰極、小陽極的電化學腐蝕。應力腐蝕是由裂紋尖端的快速陽極溶解所引起的，裂紋的側面由于有表面膜等，使得側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展。這種理論最適用于自鈍化金屬。由于裂紋兩側受到鈍化膜保護，更顯示出裂紋尖端的快速溶解，隨著裂紋向前推進，裂紋兩側的金屬將重新發(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，就不會產生裂縫的進一步腐蝕；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，可以設想有一個使裂縫進展狹小的再鈍化時間的范圍。陽極溶解理論是傳統(tǒng)的應力腐蝕機理，關于它的研究比較多。

二、氫致開裂機理

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

三、表面膜破裂機理

 在腐蝕介質中，金屬表面形成具有保護能力的表面膜，此膜在應力作用下引起破壞或減弱，結果暴露出新鮮表面。此新鮮表面在電解質溶液中成為陽極，它與陰極具有表面膜的金屬其余表面組成一個大面積陰極和小面積陽極的腐蝕電池；陽極部位產生坑蝕，進而萌生裂紋。表面膜破裂是由多種因素造成的，如機械損傷。在應力的作用下表面膜的破壞可以用滑移階梯來解釋。金屬在應力的作用下產生塑性變形就是金屬中的位錯沿滑移面的運動，結果在表面匯合處出現滑移階梯，如果表面的保護膜不能隨著階梯發(fā)生相應的變化，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，他們認為，在發(fā)生應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?；钚酝ǖ揽捎梢韵乱恍┎煌脑驑嫵桑孩? 合金成分和顯微結構上的差異，如多相合金和晶界的析出物等；②. 溶質原子可能析出的高度無序晶界或亞晶界；③. 由于局部應力集中及由此產生的應變引起的陽極晶界面；④. 由于應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，當活性通道與周圍的主體金屬建立起腐蝕電池時，電化學腐蝕就沿著這條路線進行。

 局部電化學溶解將形成很窄的裂縫，而外加應力使裂縫頂端應力集中產生局部塑性變形，然后引起表面膜撕裂。裸露的金屬成為新的陽極，而裂縫兩側仍有表面膜保護，與金屬外表面共同起陰極作用。電解液靠毛細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。隨著反應進行，裂縫尖端的電解質發(fā)生濃度變化，產生極化作用和表面膜的再生，腐蝕速率迅速下降。重復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力集中，再次引起變形和裂縫產生。這個過程不斷重復，直到裂縫深人到金屬內部，使金屬斷面減小到不足以承受載荷斷裂。

 活性通道假說強調了應力作用下表面膜的破裂與電化學活性溶解的聯(lián)合作用。因此，這個理論提出了發(fā)生應力腐蝕開裂必須具備的兩個基本條件：一是合金中預先要存在一條對腐蝕敏感的、多少帶有連續(xù)性的通道，這條通道在特定的環(huán)境介質中對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力，在該張應力作用下裂縫尖端出現應力集中區(qū)，促使表面膜破裂。在平面排列的位錯露頭處，或新形成的滑移臺階處，處于高應變狀態(tài)的金屬原子發(fā)生擇優(yōu)腐蝕，沿位錯線向縱深發(fā)展，形成隧洞。在應力作用下，隧洞間的金屬產生機械撕裂。當機械撕裂停止后，又重新開始隧道腐蝕，此過程的反復發(fā)生導致裂紋的不斷擴展，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驗基礎，但屬于一種伴生現象，并非是應力腐蝕的必要條件，不能成為應力腐蝕的主要機理。

五、應力吸附開裂理論

 上述幾種理論都包含電化學過程，但是應力腐蝕過程的一些現象，如腐蝕介質的選擇性、破裂臨界電位與腐蝕電位的關系等，用電化學理論不能圓滿解釋。為此，尤利格提出應力吸附破裂理論。他認為，應力腐蝕開裂一般并不是由于金屬的電化學溶解所引起的，而是由于環(huán)境中某些破壞性組分對金屬內表面的吸附，削弱了金屬原子間的結合力，在拉應力作用下引起破裂。這是一種純機械性破裂機理。此模型為純機械開裂模型，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，應力腐蝕敏感性越高，但有的現象卻是相反的，缺乏廣泛的實驗支持，在水介質的應力腐蝕理論中所占的比例不大。

六、腐蝕產物楔入理論

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

七、閉塞電池理論

 閉塞電池理論（Occluded Cell Corrosion)認為，由于金屬表面某些選擇性腐蝕的結果，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性受到限制，造成這些部位的液體化學成分與整體化學成分有很大差異，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，陽極反應的結果使酸度增加，從而加速了孔蝕的速率，在應力的作用下孔蝕可擴展為裂紋。

八、以機械開裂為主的兩段論

 以機械開裂為主的兩段論認為：應力腐蝕首先由于電化學的腐蝕作用形成裂紋源，然后在應力的作用下迅速擴展而開裂。當裂紋擴展遇到析出物或不規(guī)則取向晶粒時而停止，然后再進行電化學腐蝕，這樣交替進行，直至開裂。

九、開裂三段論理論

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