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材料科学において、環境応力破壊または環境誘起破壊とは、金属や合金、複合材料、プラスチック、セラミックなどの材料が、引張応力や有害な環境の影響下で早期に破壊される現象の総称である。
金属および合金は、応力腐食割れ、水素脆化、液体金属脆化、腐食疲労といった現象を示し、これらはすべてこのカテゴリーに分類されます。湿った空気、海水、腐食性の液体やガスなどの環境は、環境応力破壊を引き起こします。金属基複合材料も、これらのプロセスの多くに対して脆弱です。
プラスチックおよびプラスチック複合材料は、有機液体や酸、アルカリなどの腐食性環境に曝されると、膨潤、剥離、強度低下を起こす可能性があります。応力や環境の影響下では、多くの構造材料、特に高強度材料は脆くなり、破壊抵抗を失います。破壊靭性は変化しませんが、亀裂伝播の閾値応力拡大係数は著しく低下する可能性があります。その結果、臨界未満の亀裂成長により、早期破壊を起こしやすくなります。本稿では、上述の様々な劣化プロセスについて簡単に概説します。
応力腐食割れとは、腐食と引張応力の相乗作用により、通常は延性のある材料が、一般的に低い応力レベルで脆性破壊を起こす現象です。応力腐食割れが発生すると、材料は腐食剤による攻撃を比較的受けにくく（全面的な腐食はなく、局部的な腐食のみ）、内部に微細な亀裂が生じます。このプロセスは、腐食性媒体中で適用可能な安全応力レベルが大幅に低下するため、材料の利用に重大な影響を及ぼします。季節割れと苛性脆化は、それぞれ真鍮製薬莢とリベット留め鋼製ボイラーの耐用性に影響を与えた2つの応力腐食割れプロセスです。
特定の金属材料内部に微量の水素が存在すると、その材料は脆くなり、応力下で亜臨界亀裂が成長しやすくなる。水素脆化は、電気めっき工程の副産物として発生することがある。
遅延破壊とは、一定時間経過後に応力下にある部品が破壊することであり、水素脆化の特徴的な現象である（2）。材料への水素の侵入は、めっき、酸洗、リン酸塩処理、溶解、鋳造、または溶接中に起こる可能性がある。湿潤環境下での使用中の腐食により水素が発生し、その一部が原子状水素（H • ）として金属に入り込み、脆化を引き起こす可能性がある。金属が損傷を受けるには、固有の、または外部から加えられた引張応力の存在が必要である。応力腐食割れの場合と同様に、水素脆化は、亀裂伝播のしきい値応力拡大係数の低下、または材料の亜臨界亀裂成長速度の増加につながる可能性もある。材料中の水素の最も顕著な影響は、引張試験中の延性の急激な低下である。材料の降伏強度は、増加、減少、または影響を受けない可能性がある。
応力腐食割れによって引き起こされた最悪の災害の一つは、1967年にウェストバージニア州のシルバーブリッジで発生した崩落事故である。この事故では、錆によって生じた脆性亀裂が臨界点に達した。亀裂は吊り橋の連結部にあるタイバーリンクの一つに発生し、過負荷によって接合部全体が急速に破損した。事態は急速に悪化し、橋全体が1分足らずで崩落、当時橋の上にいた運転手や乗客46人が死亡した。