第2期 任学冲等：Ms夹杂对钢中氢扩散行为的影响 .235. 非常接近渗透曲线f,而不是接近渗透曲线g说明 二相会使氢在试样中的表观扩散行为发生截然不同 在第二相与氢渗透方向垂直的情况下，第二相的扩 的变化，当第二相的扩散系数和溶解度在一定的范 散系数和溶解度增加相同的倍数时，第二相的溶解 围内时，比如对本模拟中的DⅡ=10DI,CⅡ= 度对试样总体表观扩散系数的影响大于第二相扩散 10C1,当第二相取向与氢渗透方向平行时，第二相 系数的影响 使试样中氢的表观扩散系数上升；当第二相取向与 对比图4和图5可以发现，当试样中的第二相 氢渗透方向垂直时，第二相使试样中氢的表观扩散 属性完全相同而取向不同时，第二相会对氢在试样 系数下降. 中的扩散行为产生明显不同的影响，在所模拟的几 计算中还考虑了第二相含量对氢扩散的影响， 种情况下，当第二相属性相同时，第二相与渗透方向 对图1所示的两种情况下使第二相含量增加1倍. 平行时的稳态扩散通量均高于第二相与氢渗透方向 当Dm=10D1,Cm=10C1时，计算结果分别如 垂直时的稳态扩散通量.由图4中曲线d与图5中 图6所示， 曲线h可知，第二相属性完全相同而取向不同时，第 1.0×10- 8×106 (a) 7×10-b (b) 80×106 6×106 5×10 4×104 4.0×106 3×106 一■-C -●-d 2.0x10}f 2×10° 1×10 00 200040006000 800010000 200040006000800010000 时间，s 时间，s 图6两种第二相含量的计算结果.()第二相与氢渗透方向平行；(b)第二相与氢渗透方向垂直 Fig.6 Results of hydrogen diffusion with different inclusion contents:(a)inclusions parallel to the direction of permeation:(b)inclusions per- pendicular to the direction of permeation 图6(a)为第二相与氢渗透方向平行时的计算 杂也变形成为取向一致的长条形，Luu3]用氢微印 结果，其中曲线b中第二相的含量为曲线a的2倍. 法表明MnS夹杂和基体的界面是氢扩散的主要路 由图可见，当第二相增加时，试样中氢的稳态扩散通 径，同时也是氢的强陷阱.氢可以在MnS夹杂和基 量增加，扩散系数由原来的1.08×10-5cm2s1增 体的界面进行快扩散，同时也有一部分氢被夹杂物 加为1.20×10-5cm2s1.图6()为第二相与氢渗 或其与基体的界面捕获.MS对氢扩散过程的影响 透方向垂直时的计算结果，其中曲线d中第二相的 取决于这两个效应的竞争：当界面快扩散通道效应 含量为曲线c的2倍，由图可见，当第二相增加时， 强时，就会使材料中表观扩散系数增加：当陷阱效应 试样中氢的稳态扩散通量也增加，但增加的幅度不 强时，就会使材料中表观扩散系数减小. 如前一种情况大，扩散系数由原来的7.02×10-6 cm2s-1减小为5.65×10-6cm2s-1.可见当第二 相取向不同时，增加第二相的含量，即使在第二相属 性完全相同的情况下，也会对氢在试样中的扩散行 为产生相反的影响.当第二相与氢渗透方向平行 时，氢的表观扩散系数随第二相含量的增加而增加： 当第二相与氢渗透方向垂直时，氢的表观扩散系数 随第二相含量的增加而减小， MnS是钢中常见的夹杂物，在锻造或轧制过程 中会被拉长变形，形成在取向上的各向异性，图7 图72号试样(S=0.012%)中的Ms夹杂 为s质量分数为0.012%的2号试样局部MnS夹 Fig.7 MnS inclusions in No.2 specimen (S=0.012%) 杂物的形貌，图中C方向为锻造过程中的压缩方 向，T方向为锻造过程中的伸长方向，因此MnS夹 正是由于夹杂物同时具有这两个效应，才使得非常接近渗透曲线 f‚而不是接近渗透曲线 g．说明 在第二相与氢渗透方向垂直的情况下‚第二相的扩 散系数和溶解度增加相同的倍数时‚第二相的溶解 度对试样总体表观扩散系数的影响大于第二相扩散 系数的影响． 对比图4和图5可以发现‚当试样中的第二相 属性完全相同而取向不同时‚第二相会对氢在试样 中的扩散行为产生明显不同的影响．在所模拟的几 种情况下‚当第二相属性相同时‚第二相与渗透方向 平行时的稳态扩散通量均高于第二相与氢渗透方向 垂直时的稳态扩散通量．由图4中曲线 d 与图5中 曲线 h 可知‚第二相属性完全相同而取向不同时‚第 二相会使氢在试样中的表观扩散行为发生截然不同 的变化．当第二相的扩散系数和溶解度在一定的范 围内时‚比如对本模拟中的 DⅡ ＝10DⅠ‚CⅡ ＝ 10 CⅠ‚当第二相取向与氢渗透方向平行时‚第二相 使试样中氢的表观扩散系数上升；当第二相取向与 氢渗透方向垂直时‚第二相使试样中氢的表观扩散 系数下降． 计算中还考虑了第二相含量对氢扩散的影响‚ 对图1所示的两种情况下使第二相含量增加1倍． 当 DⅡ ＝10DⅠ‚CⅡ ＝10CⅠ 时‚计算结果分别如 图6所示． 图6 两种第二相含量的计算结果．（a）第二相与氢渗透方向平行；（b）第二相与氢渗透方向垂直 Fig．6 Results of hydrogen diffusion with different inclusion contents： （a） inclusions parallel to the direction of permeation；（b） inclusions per￾pendicular to the direction of permeation 图6（a）为第二相与氢渗透方向平行时的计算 结果‚其中曲线 b 中第二相的含量为曲线 a 的2倍． 由图可见‚当第二相增加时‚试样中氢的稳态扩散通 量增加‚扩散系数由原来的1∙08×10—5 cm 2·s —1增 加为1∙20×10—5cm 2·s —1．图6（b）为第二相与氢渗 透方向垂直时的计算结果‚其中曲线 d 中第二相的 含量为曲线 c 的2倍．由图可见‚当第二相增加时‚ 试样中氢的稳态扩散通量也增加‚但增加的幅度不 如前一种情况大‚扩散系数由原来的7∙02×10—6 cm 2·s —1减小为5∙65×10—6 cm 2·s —1．可见当第二 相取向不同时‚增加第二相的含量‚即使在第二相属 性完全相同的情况下‚也会对氢在试样中的扩散行 为产生相反的影响．当第二相与氢渗透方向平行 时‚氢的表观扩散系数随第二相含量的增加而增加； 当第二相与氢渗透方向垂直时‚氢的表观扩散系数 随第二相含量的增加而减小． MnS 是钢中常见的夹杂物‚在锻造或轧制过程 中会被拉长变形‚形成在取向上的各向异性．图7 为 S 质量分数为0∙012％的2号试样局部 MnS 夹 杂物的形貌‚图中 C 方向为锻造过程中的压缩方 向‚T 方向为锻造过程中的伸长方向．因此 MnS 夹 杂也变形成为取向一致的长条形．Luu ［13］用氢微印 法表明 MnS 夹杂和基体的界面是氢扩散的主要路 径‚同时也是氢的强陷阱．氢可以在 MnS 夹杂和基 体的界面进行快扩散‚同时也有一部分氢被夹杂物 或其与基体的界面捕获．MnS 对氢扩散过程的影响 取决于这两个效应的竞争：当界面快扩散通道效应 强时‚就会使材料中表观扩散系数增加；当陷阱效应 强时‚就会使材料中表观扩散系数减小． 图7 2号试样（S＝0∙012％）中的 MnS 夹杂 Fig．7 MnS inclusions in No．2specimen （S＝0∙012％） 正是由于夹杂物同时具有这两个效应‚才使得 第2期 任学冲等： MnS 夹杂对钢中氢扩散行为的影响 ·235·