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On the propagation of stress-corrosion cracks in metals

1961; Elsevier BV; Volume: 1; Issue: 1-2 Linguagem: Inglês

10.1016/0010-938x(61)90012-9

1879-0496

J.G. Hines,

Concrete Corrosion and Durability

Mechanisms which have been proposed for the propagation of stress-corrosion cracks are reviewed, and it is concluded that the simplest are the electrochemical mechanisms proposed by Logan and by Hoar and Hines. These attribute crack formation to yielding at the crack tip, which leads to concentration of attack at that point. Mechanisms that involve mechanical stages of crack propagation provide a satisfactory explanation of a number of cases in which there is evidence that, or where it may plausibly be argued that, paths that are mechanically weak exist in the material. These mechanisms are less satisfactory in cases where the cracks do not follow pre-existing paths in the material, as it is difficult to explain why localized brittle failure should occur. The conditions under which the two electrochemical mechanisms are applicable are discussed in terms of a simple crack model, and it is shown that most, if not all, of the facts concerning stress-corrosion cracks in austenitic Cr-Ni steels can be explained qualitatively in this way; in some cases reasonable quantitative agreement is obtained. Logan's mechanism, which assumes that yielding at the crack tip merely prevents formation of a passive film, cannot be applied in this case, but it may well operate in cases where more active metals are involved. The Hoar/Hines mechanism, according to which yielding reduces the activation polarization for anodic dissolution at the crack tip, is satisfactory, and it is concluded that this is the best available explanation. Other cases of stress-corrosion cracking are discussed. L'auteure´tudie les me´chanismes propose´s pour l'e´lucidation de la propagation de fissures duesa`la corrosion de charge. Il en de´coule que les me´chanismes les plus simples sont les me´chanismese´lectrochimiques propose´s par Logan et par Hoar et Hines. Ces auteurs attribuent la formation de fissuresa`un phe´nome`ne de rela`chement observe´a`la pointe de la fissure ce qui conduita`une concentration des attaquesa`ce meˆme point. Les me´chanismes qui englobent des stades me´chaniques de la propagation des fissures donnent une explication satisfaisante pour certains cas ou`il y a respectivement ou`il parait y avoir, dans le mate´riau, des cours faibles au point de vue me´chanique. Ces me´chanismes sont moins satisfaisants dans les cas ou`les fissures ne suivent pas des cours pre´existants dans le mate´riau, parce qu'il n'est pas aise´de s'expliquer le fait pourquoi il y aurait des fautes localise´es de fragilite´. A l'aide d'un mode`le simple de fissure, les conditions sous lesquelles les deux me´chanisme´se´lectrochimiques sont applicables, sont indique´es; il est de´montre´que la plupart des facteurs concernant les fissures duesa`la corrosion de charge, voire meˆme tous ces facteurs, peuvente´tre expliques qualitativement de cette manie`re, pourvu qu'il s'agisse d'aciers auste´nitiques au chrome-nickel. Dans certains cas, on a obtenu une correspondance quantitative raisonnable. Le me´chanisme de Logan, selon lequel le relaˆchementa`la pointe de la fissure pre´vient seulement la formation d'un film passif, ne peut paseˆtre applique´en ce cas, mais il sembleeˆtre approprie´dans les cas ou`des me´taux plus actifs sont en jeu. Le me´chanisme de Hoar-Hines, selon lequel le relaˆchement re´duit la polarisation d'activation pour une dissolutiona`la pointe de la fissure, est satisfaisant. On en arrivea`la conclusion que c'est la`la meilleure explication qu'on puisse apporter actuellement. D'autres cas de fissures par corrosion de charge sonte´tudie´s. Es werden die Mechanismen besprochen, mit welchen man sich die Fortpflanzung von Belastungs-Korrosions-Rissen erkla¨rt. Man kommt zu dem Schluss, dass die von Logan und von Hoar und Hines ausgearbeiteten elektrochemischen Mechanismen als die einfachsten anzusprechen sind. Diese Mechanismen schreiben die Rissbildung der Tatsache zu, dass an der Rissspitze ein Nachgeben erfolgt, wodurch es zu einem konzentrierten Angrifft an dieser Stelle kommt. Mechanismen, die mechanische Stadien der Rissbildung einschliessen, geben eine befriedigende Erkla¨rung in einer Anzahl von Fa¨llen, in welchen Anzeichen dafu¨r vorliegen, oder in denen man plausiblerweise vermuten kann, dass in dem Material mechanisch schwache Bahnen vorhanden sind. Diese Mechanismen geben aber weniger befriedigende Erkla¨rungen fu¨r die Fa¨lle, wo die Risse nicht den bereits vorhandenen Bahnen folgen, da man sich nur schwer erkla¨ren kann, wieso in einem Material lokalisierte Spro¨digkeitsfchler auftreten sollen. Die Bedingungen, unter denen die beiden elektrochemischen Mechanismen anwendbar sind, werden an Hand eines einfachen Rissmodells besprochen, und es wird nachgewiesen, dass die meisten, um nicht zu sagen alle die auf Belastungs-Korrosions-Risse in austenitischen Chromnickel-Sta¨hlen bezu¨glichen Faktoren auf diese Weise qualitativ gedeutet werden ko¨nnen. In einigen Fa¨llen la¨sst sich eine angemessene quantitativeU¨bereinstimmung erzielen. Der Logan'sche Mechanismus, der davon ausgeht, dass ein Nachgeben an der Rissspitze lediglich die Bildung eines passiven Films verhindert, ist in diesem Falle nicht anwendbar, kann aber in Fa¨llen, wo aktivere Metalle beteiligt sind, gut geeignet sein. Der Hoar-Hines-Mechanismus, laut welchem das Nachgeben die Aktivierungs-Polarisation an der Rissspitze bei anodischer Auflo¨sung herabsetzt, gibt eine befriedigende und die derzeit wohl beste Erkla¨rung des Problems. Andere Fa¨lle von Rissbildung durch Belastungs-Korrosion werden besprochen.