مقدمه:

اگر قطعه ای هم زمان تحت تاثیر محیط خورنده و تنش های کششی قرار گیرد، خوردگی آن (از لحاظ سرعت و میزان) در مقایسه با شرایط عادی (در غیاب تنش) تشدید می گردد که به این فرآیند، خوردگی تنشی گویند. در حقیقت خوردگی تنشی عبارت است از زوال یک فلز یا آلیاژ که در محیط خورنده واقع شده و تحت تنش های کششی نسبتا کوچک اما مداوم قرار دارد.

خوردگی همراه با تنش های مکانیکی به صورت های گوناگون باعث شکست فلزات شده و مشکلات فراوانی در تجهیزات صنعتی ایجاد می نماید. از آنجایی که اثرات این تخریب منجر به ایجاد ترک هایی در قطعه مورد نظر می شود آن را ترک خوردگی تنشی می نامند. این پدیده عامل حدود 25 درصد از شکست های حاصل از خوردگی و تنش در صنایع شیمیایی است.

این نوع خوردگی، از جمله خوردگی های متداول بوده که برای وقوع آن حضور هم زمان سه عامل: محیط خورنده، وجود یک فلز یا آلیاژ حساس به این نوع ترک خوردگی و وجود تنش کششی بر روی فلز یا آلیاژ ضروری است. ترک خوردگی تنشی، فرآیندی مکانیکی-شیمیایی است که منجر به ترک خوردن برخی فلزات و آلیاژها در تنش هایی پایین تر از استحکام تسلیم آن ها می شود.

نوع تنش های موثر در این تخریب، تنش های کششی بوده و تنش های فشاری دخالتی نمی کنند. یادآور می شود که این تنش ها ممکن است به صورت تنش باقی مانده در فلز باشد که از مراحل ساخت و تولید همراه قطعه بوده و یا ممکن است طی عملیات بعدی و به علل گوناگون به قطعه اضافه شده باشد. تنش باقی مانده به علل مختلف از جمله: سوراخ کردن، منگنه کردن، نورد (رول کردن)، اتصالات پرچی، جوشکاری، تاب دادن و غیره به وجود می آید. این تنش ها همراه قطعات باقی می مانند مگر این که تحت عملیات حرارتی بازپخت قرار گیرند که البته این کار همیشه عملی نیست.

اگرچه انهدام قطعه در اثر عوامل خورنده و تنش های کششی به تنهایی جزئی است ولی تاثیر همزمان این دو عامل خطرناک بوده و باعث ایجاد ترک های ریز میکروسکوپی می شود که گسترش سریع آن ها باعث تخریب قطعه می گردد. ترک های ریز میکروسکوپی در اغلب موارد با مشاهده آزمایش های معمولی قابل تشخیص نمی باشند بلکه به وسیله روش های مخصوص امکان پذیر می گردد. زمانی که ترک ها پیش روی و نفوذ بیش تری  در فلز نمایند، مساحت مقطع موثر آن کاهش یافته و در نهایت باعث شکست فلز می گردد.

باید دانست ترک ها ریز و از نوع ترک های شاخه دار بودده و اغلب با محصولات خوردگی پر می شوند، و تقریبا عمود بر تنش اعمالی ایجاد شده و نوع آن ها تابعی از محیط و ساختار آلیاژ است. ترک خوردگی تنشی معمولا به دو صورت انجام می شود. در نوع مرزدانه ای، ترک ها در مرز دانه های فلز نفوذ می کنند. این نوع از خوردگی تنشی، اغلب در آلیاژهای آلومینیوم، فولادهای کم شکست آن ها می گردد که آن را ترک بین دانه ای می نامند. این نوع ترک ها در فولادهای زنگ نزن آستنیتی در محلول های گرم و حاوی یون کلر اتفاق می افتد.

در واقع SCC بین دانه ای، شکلی از خوردگی موضعی زیر سطحی است که در آن یک مسیر باریک تصادفی، در بین دانه ها و بدون هیچ گونه تاثیر مشخصی بر جهت ترک به واسطه ی وجود مرزدانه ها، خورده می شود. SCC بین دانه ای روی سطح آغاز شده و به سمت داخل گسترش می یابد. گاهی نیز ممکن است در یک آلیاژ هر دو نوع ترک (مرزدانه ای و بین مرزی) به وجود آید، نوع ترک بستگی به محیط خورنده و ساختار آلیاژ دارد.

اغلب فلزاتی که در صنعت مورد استفاده قرار می گیرند در محیط های معینی تحت تاثیر ترک خوردگی تنشی قرار می گیرند (مانند فولادهای معمولی، فولادهای کم آلیاژ، برنج ها، فولادهای زنگ نزن، منیزیم، آلیاژهای نیکل و …) هم چنین الزامی نیست که محیط به شدت خورنده باشد بلکه در محیط های خورنده ی ضعیف نیز ترک خوردگی تنشی رخ می دهد.

معمولا هر نوع آلیاژی تنها در چندین محیط ویژه ترک دار می شود. برای مثال آلیاژهای مس در محیط های قلیایی و فولادها در مجاورت بخار آمونیاک ترک دار نمی شوند.

عوامل موثر بر خوردگی تنشی

1. عامل تنش: برای ایجاد SCC می بایست تنش ها از نوع کششی باشند و افزایش تنش، زمان شکست را کاهش می دهد. برای هر آلیاژی تنشی معین وجود دارد که در کم تر از آن، شکست اتفاق نخواهد افتاد. ضمنا منابع ایجاد تنش در قطعه، ممکن است تنش اعمالی، پسماند حرارتی، جوشکاری و یا کار سرد باشد.
2. عامل زمان: معمولا در اثر ایجاد ترک های اولیه، با گذشت زمان سطح موثر فلز کاهش یافته و با افزایش تنش، ترک رشد نموده و نهایتا شکست اتفاق می افتد. در لحظات آخر به دلیل تمرکز تنش، حد تنش مساوی یا بزرگ تر از تنش کشش نهایی فلز می شود.
3. عوامل محیطی: وقوع خوردگی تنشی بستگی به نوع فلز و محیط خورنده دارد. البته الگوی جامعی برای محیط هایی که باعث SCC در آلیاژهای مختلف می شوند، ارائه نشده است. قبل از انتخاب و بکارگیری هر فلز در محیط خورنده، باید آزمایش های لازم با دقت انجام پذیرد. البته حالت فیزیکی محیط خورنده نیز، در SCC تاثیر داشته به طوری که تخریب در محیطی که به طور متناوب، تر و خشک می شود، سریع تر از محیط یکنواخت است. محیط بخار و کندانس (میعان) نیز SCC را تشدید می کند. به منظور درک بیش تر موضوع می توان به مثال های زیر اشاره نمود: مثال 1) فولاد زنگ نزن آستنیتی در محیط های حاوی کلر ترک می خورد اما در محیط های آمونیاکی خیر.  مثال 2) فولادهای زنگ نزن در اسید سولفوریک، اسید نیتریک، اسید استیک و آب خالص دچار پدیده ی SCC نمی شوند.
4. عوامل متالورژیکی: ترکیب شیمیایی فلز، رشد ترجیحی کریستال ها، ترکیب و نحوه ی توزیع رسوبات در داخل فلز و واکنش نابجایی ها با یکدیگر بر SCC تاثیر گذارند. اگرچه SCC در فلزات خالص، کم تر اتفاق می افتد ولی این قاعده ای کلی نیست، مثلا مس خالص تجارتی در محلول آمونیاکی دچار SCC می گردد.
5. عوامل دیگر: میزان عوامل اکسید کننده و درجه حرارت، پارامترهای موثر دیگر بر SCC بوده به طوری که وجود عوامل اکسید کننده و افزایش درجه ی حرارت، SCC را تشدید می نمایند.

روش های کاهش یا جلوگیری:

به طور کلی برای مقابله با ترک دار شدن ناشی از خوردگی تنشی (SCC) لازم است تا یکی از سه فاکتور اساسی که در وقوع این نوع خوردگی نقش عمده ای را دارد، حذف نمود. این سه فاکتور عبارتند از:

محیط خورنده، آلیاژهای حساس به SCC، تنش های کششی بر روی فلز یا آلیاژ (به صورت تنش های اعمالی از خارج) یا تنش های باقی مانده در ماده.

در برخی مواقع می توان با طراحی مجدد، تنش های اعمالی خارجی (و نه تنش های باقی مانده ی داخلی جسم) را حذف نمود.

به طور خلاصه می توان ترک دار شدن ناشی از این نوع خوردگی SCC را به روش های زیر کاهش داد:

1. کاهش تنش موجود تا زیر حد مجاز (با کم کردن بار اعمالی بر فلز یا افزایش ضخامت قطعه)، به عنوان مثال با اجرای عملیات ساچمه زنی بر روی فلز یا آلیاژ یک لایه ی مناسب در شرایط خاص بر روی فلزات و آلیاژها ایجاد می کنند.
2. تغییر شرایط محیط خورنده (در صورت امکان) جهت کاهش اجزای اکسید کننده مانند اکسیژن حل شده و همچنین حذف یا خارج نمودن عوامل مضر محیطی که در این مورد می توان به روش های گوناگونی از جمله حذف گازها، حذف مواد معدنی و یا تقطیر عمل نمود.
3. استفاده از عملیات حرارتی به منظور بر طرف نمودن تنش باقی مانده در داخل قطعه. به عنوان مثال فولادهای معمولی را در دمای 560-650 درجه سانتی گراد و فولادهای زنگ نزن آستنیتی را در حدود 830-930 درجه سانتی گراد، تحت عملیات بازپخت و تنش زدایی قرار می دهند.
4. حفاظت کاتدی: استفاده از حفاظت کاتدی می تواند سبب توقف ترک دار شدن ناشی از خوردگی تنشی (SCC) گردد. در کاربرد حفاظت کاتدی باید مطمئن بود که عامل تخریب زمانی SCC بوده و چنان چه عامل خوردگی تردی هیدروژنی باشد حفاظت کاتدی اثر معکوس دارد.
5. تغییر جنس آلیاژ: تغییر عناصر آلیاژی و ساختار متالوژیکی می تواند مقاومت به ترک دار شدن ناشی از تنش (SCC) را افزایش دهد. معمولا استفاده از یک آلیاژ مقاوم به خوردگی تنشی در محیط خاص و جایگزین کردن آن با آلیاژی که در همان محیط به خوردگی تنشی حساسیت نشان داده است، از راهکارهای واضح در این رابطه خواهد بود. به طور مثال، زمانی که در یک محیط خورنده، فولاد زنگ نزن 304 تحت تاثیر خوردگی تنشی قرار می گیرد، به جای آن از آلیاژ اینکونل استفاده می نمایند.