氫脆理論分析

1、HIC的類型的類型1、氫氣壓力引起的開裂氫氣壓力引起的開裂溶解在材料中的H在某些缺陷部位析出氣態(tài)氫H2（或與氫有關(guān)的其它氣體），當(dāng)H2的壓力大于材料的屈服強(qiáng)度時產(chǎn)生局部塑性變形，當(dāng)H2的壓力大于原子間結(jié)合力時就會產(chǎn)生局部開裂。某些鋼材在表面酸洗后能看到象頭發(fā)絲一樣的裂紋，在斷口上則觀察到銀白色橢圓形斑點(diǎn)，稱為白點(diǎn)。白點(diǎn)的形成是氫氣壓力造成的。鋼的化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)對白點(diǎn)形成有很大影響，奧氏體鋼對白點(diǎn)不敏感；合金結(jié)構(gòu)鋼和合金工具鋼中容易形

2、成白點(diǎn)。鋼中存在內(nèi)應(yīng)力時會加劇白點(diǎn)傾向。焊接件冷卻后有時也能觀察到氫致裂紋。焊接是局部冶煉過程，潮濕的焊條及大氣中的水分會促進(jìn)氫進(jìn)入焊接熔池，隨后冷卻時可能在焊肉中析出氣態(tài)氫，導(dǎo)致微裂紋。焊接前烘烤焊條就是為了防止氫致裂紋。2、氫化物脆化、氫化物脆化許多金屬（如Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、稀土等）能夠形成穩(wěn)定的氫化物。氫化物屬于一種脆性相，金屬中析出較多的氫化物會導(dǎo)致韌性降低，引起脆化。3、氫致滯后斷裂、氫致滯后斷裂材料受到載荷作

3、用時，原子氫H向拉應(yīng)力高的部位擴(kuò)散形成H富集區(qū)。當(dāng)H的富集達(dá)到臨界值時就引起氫致裂紋形核和擴(kuò)展，導(dǎo)致斷裂。由于H的擴(kuò)散需要一定的時間，加載后要經(jīng)過一定的時間才斷裂，所以稱為氫致滯后斷裂。氫致滯后斷裂的外應(yīng)力低于正常的抗拉強(qiáng)度，裂紋試件中外加應(yīng)力場強(qiáng)度因子也小于斷裂韌度。氫致滯后斷裂是可逆的，除去材料中的氫就不會發(fā)生滯后斷裂。即使在均勻的單向外加應(yīng)力下，材料中的夾雜和第二相等結(jié)構(gòu)不均勻處也會產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致氫的富集。設(shè)應(yīng)力集中系數(shù)為α，

4、則σh=ασ，應(yīng)力集中處的氫濃度為：式中，CH－合金中的平均氫濃度；VH－氫在該合金中的偏摩爾體積（恒溫、恒壓下加入1摩爾氫所引起的金屬體積的變化）。若氫的濃度達(dá)到臨界值Cth時斷裂，對應(yīng)的外應(yīng)力即為氫致滯后斷裂的門檻應(yīng)力σth，即：?若σ＜σth，即使經(jīng)過長時間擴(kuò)散也達(dá)不到臨界氫濃度，不會發(fā)生氫致滯后斷裂；?若σ＞σth，經(jīng)過時間tf后，發(fā)生斷裂，且應(yīng)力越大，滯后斷裂時間越短。氫脆的特征???????RTVCCHH??exp??Hth

5、HthCCVRTlnln????大時，可以韌窩形式開裂；當(dāng)K降低時，轉(zhuǎn)變?yōu)榻饫砘驕?zhǔn)解理斷裂；當(dāng)K較小時，才會出現(xiàn)沿晶斷裂。含氫高強(qiáng)度鋼在不同應(yīng)力場強(qiáng)度因子含氫高強(qiáng)度鋼在不同應(yīng)力場強(qiáng)度因子K下的斷裂方式下的斷裂方式(a)(a)高K值的韌窩斷裂；值的韌窩斷裂；(b)(b)中K值的解理或準(zhǔn)解理斷裂；值的解理或準(zhǔn)解理斷裂；(c)(c)低K值的沿晶斷裂值的沿晶斷裂一般來說，在相同K值下，充氫濃度愈高，傾向于向解理及沿晶斷裂方式過渡。此外，氫脆斷口

6、的一個重要特征是很少有沿晶的二次裂紋，垂直于主裂紋面作金相檢查時，主裂紋兩側(cè)一般沒有分叉現(xiàn)象。HIC機(jī)制機(jī)制氫導(dǎo)致氫脆必須有三個步驟：一是氫導(dǎo)致氫脆必須有三個步驟：一是氫的進(jìn)入氫的進(jìn)入；二是；二是氫在金屬中的遷移氫在金屬中的遷移；三是；三是氫的局部化氫的局部化。因此氫脆。因此氫脆的過程可示意地歸結(jié)于下圖中。的過程可示意地歸結(jié)于下圖中。資料指出資料指出[1]胡世炎.機(jī)械零件失效分析手冊[M].成都:四川科技出版社1987.進(jìn)入金屬內(nèi)部的氫