平(ping)時(shi)講的(de)氫(qing)(qing)脆為由(you)內(nei)氫(qing)(qing)或(huo)者外氫(qing)(qing)導致(zhi)而形成的(de)可逆(ni)氫(qing)(qing)脆,其主要特點如下:
1. 應(ying)變速(su)度低氫(qing)脆(cui)(cui)敏(min)感性(xing)強,形變速(su)度的(de)增高導致氫(qing)脆(cui)(cui)發(fa)生(sheng)(sheng)的(de)溫度范疇變窄、塑性(xing)減(jian)小、幅度變低,即(ji)氫(qing)脆(cui)(cui)不容(rong)易發(fa)生(sheng)(sheng)。此外,如果應(ying)變速(su)度高于某臨界(jie)值,則氫(qing)脆(cui)(cui)不會發(fa)生(sheng)(sheng)。
2. 氫脆對(dui)高強(qiang)度鋼較敏(min)(min)感,這是由(you)于高強(qiang)度鋼在熱(re)力學上比(bi)較不穩定,容(rong)易發生脆化,氫脆的敏(min)(min)感性隨(sui)著材(cai)料(liao)屈服極限值的升(sheng)高而升(sheng)高。
3. 氫(qing)脆對(dui)含氫(qing)量較敏感,鋼(gang)(gang)的氫(qing)脆臨界(jie)應力值隨著氫(qing)濃度的增加而下降,同(tong)時(shi)鋼(gang)(gang)發生氫(qing)脆的孕育(yu)期(qi)和破(po)壞時(shi)間均隨著氫(qing)濃度的升高而縮短。
4. 氫脆(cui)(cui)的(de)產(chan)生(sheng)(sheng)是在(zai)某個(ge)應力(li)(li)范(fan)圍之(zhi)內的(de),即氫脆(cui)(cui)的(de)產(chan)生(sheng)(sheng)存(cun)在(zai)一個(ge)上(shang)、下(xia)臨界(jie)應力(li)(li)值(zhi),其為(wei)一種延(yan)遲破壞。只有當應力(li)(li)在(zai)上(shang)、下(xia)臨界(jie)應力(li)(li)值(zhi)之(zhi)間時(shi)(shi)(shi)(shi)延(yan)遲破壞才會(hui)發生(sheng)(sheng),其發生(sheng)(sheng)主要(yao)有三(san)個(ge)階(jie)段,分別為(wei)孕(yun)育期、裂紋(wen)在(zai)應力(li)(li)作用下(xia)長大及失穩斷裂。而應力(li)(li)低(di)于(yu)下(xia)臨界(jie)應力(li)(li)值(zhi)時(shi)(shi)(shi)(shi)不管時(shi)(shi)(shi)(shi)間多久都不會(hui)出現(xian)(xian)脆(cui)(cui)斷現(xian)(xian)象;當應力(li)(li)高(gao)于(yu)上(shang)臨界(jie)應力(li)(li)值(zhi)時(shi)(shi)(shi)(shi)就能夠(gou)出現(xian)(xian)瞬時(shi)(shi)(shi)(shi)脆(cui)(cui)斷的(de)現(xian)(xian)象。
5. 溫度(du)越高氫脆敏感性越低(di),即氫脆具有低(di)脆性溫度(du)特征(zheng)。此(ci)外,氫脆的(de)裂紋擴展具有不連續的(de)特征(zheng),很(hen)少(shao)出現(xian)分支并且通(tong)常(chang)情況下很(hen)少(shao)在材(cai)料的(de)表面形成裂紋源。
在應力影響下,氫能夠在裂(lie)(lie)紋尖(jian)端的三(san)向應力區富集,導致(zhi)材料斷裂(lie)(lie)應力減小(xiao)從而造成脆性(xing)斷裂(lie)(lie)。現階(jie)段較為流(liu)行的氫脆機制(zhi)如下:
1. 氫壓理論
氫壓理(li)論指出一些過飽和(he)的(de)(de)(de)氧在(zai)(zai)(zai)金屬中的(de)(de)(de)一些缺(que)陷位置(zhi)(如孔隙,晶界)析出,并(bing)且H結合成(cheng)(cheng)H2能(neng)夠在(zai)(zai)(zai)金屬的(de)(de)(de)這些缺(que)陷處形(xing)成(cheng)(cheng)比較大(da)的(de)(de)(de)內(nei)壓力(li),該內(nei)壓力(li)跟外外應力(li)或者金屬內(nei)部的(de)(de)(de)殘余應力(li)形(xing)成(cheng)(cheng)合力(li),當金屬的(de)(de)(de)屈(qu)服極限低于(yu)這個(ge)合力(li)時(shi),斷裂就會發生、即氫在(zai)(zai)(zai)金屬材料(liao)缺(que)陷處所形(xing)成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)內(nei)壓力(li)跟外應力(li)促進了裂紋的(de)(de)(de)形(xing)成(cheng)(cheng)和(he)發展,
2. 吸附氫降(jiang)低表(biao)面能理論(lun)
氫(qing)(qing)吸(xi)附(fu)在(zai)裂紋(wen)尖端時能夠導致(zhi)金屬表面(mian)能減小,進面(mian)造成金屬的斷裂應力(li)減小,吸(xi)附(fu)氫(qing)(qing)降低(di)表面(mian)能理(li)(li)論(lun)可(ke)以(yi)被用(yong)(yong)來很(hen)好(hao)地詮釋應變速率(lv)對氫(qing)(qing)脆的作用(yong)(yong),闡明氫(qing)(qing)脆發(fa)生孕育期(qi)的存在(zai)及(ji)在(zai)較低(di)的氫(qing)(qing)分壓條件下實驗過程中(zhong)出現脆斷現象(xiang)等。但(dan)是吸(xi)附(fu)氫(qing)(qing)降低(di)表面(mian)能理(li)(li)論(lun)不(bu)可(ke)以(yi)用(yong)(yong)來解(jie)釋氫(qing)(qing)脆可(ke)逆性的特點,以(yi)及(ji)不(bu)可(ke)以(yi)解(jie)釋氫(qing)(qing)脆裂紋(wen)擴展(zhan)具有不(bu)連續特征等。
3. 弱鍵理論
氫(qing)在應(ying)力(li)(li)的(de)(de)作用(yong)下會在材料(liao)缺口或者裂(lie)紋(wen)尖(jian)端的(de)(de)三向應(ying)力(li)(li)區聚集(ji),進(jin)(jin)而導(dao)致該(gai)處金(jin)屬(shu)(shu)原子(zi)(zi)(zi)鍵(jian)的(de)(de)結(jie)合(he)能降低(di),金(jin)屬(shu)(shu)在較小的(de)(de)應(ying)力(li)(li)作用(yong)下就(jiu)會發生(sheng)脆性(xing)斷裂(lie)。氫(qing)能夠減(jian)弱原子(zi)(zi)(zi)鍵(jian)結(jie)合(he)能的(de)(de)原因在于氫(qing)的(de)(de)1S電子(zi)(zi)(zi)進(jin)(jin)人到了(le)(le)(le)過渡族金(jin)屬(shu)(shu)元(yuan)素(su)沒有填滿的(de)(de)3d帶,使得(de)金(jin)屬(shu)(shu)3d帶電子(zi)(zi)(zi)的(de)(de)密集(ji)度增(zeng)強,提高了(le)(le)(le)金(jin)屬(shu)(shu)原子(zi)(zi)(zi)之間的(de)(de)排(pai)斥力(li)(li)、減(jian)弱了(le)(le)(le)其鍵(jian)力(li)(li),進(jin)(jin)而導(dao)致了(le)(le)(le)金(jin)屬(shu)(shu)的(de)(de)脆化。但是(shi)非過渡族由于金(jin)屬(shu)(shu)元(yuan)素(su)不(bu)存在3d帶,因而該(gai)理(li)論的(de)(de)缺陷(xian)在于無法(fa)解釋(shi)非過渡族金(jin)屬(shu)(shu)合(he)金(jin),例如(ru),鋁合(he)金(jin)、鎂合(he)金(jin)等的(de)(de)可逆性(xing)氫(qing)脆。
4. 氫氣團(tuan)釘(ding)扎理論
氫(qing)(qing)(qing)(qing)氣(qi)(qi)團(tuan)(tuan)釘(ding)扎理論指(zhi)出(chu)氫(qing)(qing)(qing)(qing)脆的(de)(de)發生是由于(yu)位(wei)(wei)錯(cuo)的(de)(de)移動受(shou)到氫(qing)(qing)(qing)(qing)的(de)(de)釘(ding)扎作用(yong)導(dao)致的(de)(de),同時氫(qing)(qing)(qing)(qing)與位(wei)(wei)錯(cuo)之(zhi)間的(de)(de)互相作用(yong)理論指(zhi)出(chu)氫(qing)(qing)(qing)(qing)脆僅存(cun)在(zai)于(yu)在(zai)特定的(de)(de)溫度及形變(bian)范疇之(zhi)內。當溫度處于(yu)小于(yu)臨界溫度的(de)(de)條(tiao)件下(xia),Cottrell氣(qi)(qi)團(tuan)(tuan)能夠在(zai)含氫(qing)(qing)(qing)(qing)金(jin)屬的(de)(de)形變(bian)過程中產(chan)生。氫(qing)(qing)(qing)(qing)原(yuan)子(zi)的(de)(de)擴散(san)在(zai)溫度不(bu)太低但是形變(bian)速度較小的(de)(de)條(tiao)件下(xia)能夠與位(wei)(wei)錯(cuo)運(yun)動速度相適合,即(ji)Cottrell氣(qi)(qi)團(tuan)(tuan)在(zai)落后于(yu)位(wei)(wei)錯(cuo)一定距離的(de)(de)情(qing)況(kuang)下(xia)伴隨(sui)著位(wei)(wei)錯(cuo)運(yun)動而運(yun)動,即(ji)導(dao)致位(wei)(wei)錯(cuo)不(bu)能自由運(yun)動,該(gai)種情(qing)形被稱為(wei)氫(qing)(qing)(qing)(qing)對(dui)位(wei)(wei)錯(cuo)移動產(chan)生的(de)(de)釘(ding)扎效(xiao)應(ying)。該(gai)種效(xiao)應(ying)能夠導(dao)致材料發生局(ju)部硬化的(de)(de)現象,新位(wei)(wei)錯(cuo)在(zai)外力的(de)(de)影響下(xia)連續產(chan)生,當新位(wei)(wei)錯(cuo)跟 Cottrell氣(qi)(qi)團(tuan)(tuan)在(zai)移動過程中碰到例如晶(jing)界等障礙(ai)時,就會(hui)在(zai)障礙(ai)處產(chan)生氫(qing)(qing)(qing)(qing)氣(qi)(qi)集結及位(wei)(wei)錯(cuo)塞積(ji),在(zai)應(ying)力足夠大的(de)(de)狀況(kuang)下(xia)就會(hui)形成裂紋,并且會(hui)自此擴展以及長(chang)大。

