D0I:10.13374/i.issn1001-053x.1981.02.012 北京钢铁学院学报 1981年第2期 氢对表观屈服强度的影响 -一氢致滞后塑性变形的原因研究 断裂力学组褚武扬幸世琼肖纪美朱淑唐 摘 要 1 应用光滑拉伸试样，弯曲试样以及预裂纹WQL型试样具有对广泛拉伸强度的 多种低碳及低合金钢研究了电解充氧对表观屈服强度的影响，并对氧致滞后塑性变 形进行了金相观察。结果表明：氢对光滑拉伸试样屈服强度的影响不明显。随钢种不 同，.充氢后屈服强度可能没有变化，也可能升高或降低，但其差值小于10%。对存 在应力梯度的无裂纹弯曲试样以及预裂纹WOL试样，当钢的强度和进入的氢量超 过临界值后氢能使表观屈服强度明显降低，从而引起氢致滞后塑性变形，最整导致 氢致滞后裂纹的产生和扩展。随钢的强度升高，进入的氢量增加，氢致表观屈服强 度下降也愈明显。另外，具有更大应力梯度和三向应力的裂纹试样，下降效应比无 裂纹弯曲试样更为明显。氢致表观屈服强度下降作用是扩散控制过程，明显使赖变 形速度和试验温度。另外，它具有可逆性，随着氢的逐薄消除，表观屈服应力也还 渐回到未充氢状态的数值。氢致表观屈服强度下降和原始变形量及是否存在加工硬 化关系不大。根据上述实验事实，本文对屈服强度下降的原因作了探讨。 前 言 我们对抛光的WOL恒位移试样，进行金相跟综观察的结果表明！1，当钢的强度和进入 试样的氢量超过临界值时，氢能产生带后塑性变形，即裂纹前端塑性区的大小及其变形量随 时间而增大。当滞后塑性变形发展到临界值时就会产生氢致裂纹。随后的工作表明，在所有 能提供氢的环境中（如电介充氢，H,气，H,S气体，水溶液，H2S水溶液，含微量水的有 机溶剂等)，滞后裂纹都是通过氢致滞后塑性变形机构进行的23]。氢为什么能产生滞后 塑性变形，这是需要进一步研究的课题。一种推测是在某种条件下氢能明显的降低材料表观 屈服强度，从而在较低的外应力（或K:)作用下就能引起塑性变形，再考虑到氢致表观屈 服强度的降低可能受扩散挖制，这样就可解释氢能导致滞后塑性变形。 长期以来，关于氢对纯铁或钢的屈服强度的影响已进行了大量的研究，但所得到的结果却 是矛盾的。有些实验认为氢使屈服强度下降115】，但也有结果表明氢对屈服强度没有影 响·？或使屈服强度升高18·1。虽然对薄壁筒扭转的实验表明，氢能使屈服点下降约 30%1,但对光滑拉伸试样，氢使屈服强度的变化一般不超过10%。最近木村、用超高 纯铁单晶的实验表明：在临界温度(190°K)以上，氢起软化作用，使屈服强度下降，低于 注：本文1980年8月12日收到 109北 京 锅 铁 学 院 学 报 一 9 8 1年 第 2 期 氢对表观屈服强度的影响 一 氢 致滞 后 塑性变 形的 原 因研 究 断 裂力学组 褚武扬 李世琼 肖纪典 朱淑忿 摘 要 应 用 光滑 拉 伸试 样 , 弯 曲试 样 以 及 预 裂纹W Q L 型试 样具有对广 泛 拉伸强度的 多种低 碳及 低 合金 钢研 究 了电解充 氧对表观屈 服 强 度 的影响 , 并对 氮 致滞 后 塑性变 形 进行 了金 相观 察 。 结果表明: 氢对光 清拉伸试 样屈 服 强度 的攀响不 明 显 。 随钢种不 同 , 充氢 后屈 服 强 度可 能没有 变化 , 也可 能升 高 或降低 , 但 其 差值 小 于 10 % 。 对 存 在应 力梯度的 无 裂 纹弯 曲 试 样以及预 裂纹W O L 试样 , 当钢的强度和进 入 的氮 t 超 过 临界值后 氢能使表观 屈服 强度明 显降低 , 从 而 引起氢 致 滞后 塑性变形 , 最终导致 氮致滞后 裂纹 的产 生和 扩展 。 随钢的 强度升高 , 进 入 的氮 t 增加 , 氢致表观屈 服 强 度下 降也 愈 明 显 。 另外 , 具有更 大应 力梯度和 三 向应力 的裂纹试 样 , 下 降效 应 比无 裂纹弯 曲试 样 更为明显 。 氢致表观屈 服 强度下 降作 用是 扩散 控制过 程 , 明显伎 赖 变 形 速度和试 验 温 度 。 另外 , 它具有 可逆 性 , 随 肴氮 的还 渐 消除 , 表观屈 服应 力也 还 渐 回 到未 充氢状 态 的数值 。 氢致表观 屈 服 强度下 降和 原始 变形 量及 是 否 存在加 工 硬 化 关系不 大 。 根 据上述 实 验事 实 , 本文 对屈 服 强 度下 降的原 因作了探讨 。 前 、 . 口. . 自 口 我们对抛光的W O L 恒位移 试样 , 进 行 金相跟综 观察的结 果 表 明 【’ 】, 当钢 的 强度 和进 入 试样的宜量超 过临界值 时 , 氢 能产 生滞 后塑 性 变形 , 即裂 纹 前端 塑性区 的大小 及其 变形量随 时 间而增大 。 当滞后 塑 性变 形发展 到临界 值时 就会产生 氢 致裂纹 。 随后 的工 作表 明 , 在所有 能提 供氢 的环境 中 ( 如 电介充氢 , H Z 气 , H : S 气体 , 水溶 液 , H 2 5 水 溶 液 , 含微 量水的 有 机溶剂等) , 滞后裂 纹都是 通 过氢 致滞后 塑 性变 形机 构进 行 的 I恋 l 【“ 〕 。 氢 为什么能 产生 滞后 塑 性变 形 , 这是 需要进 一 步研究的课 题 。 一种 推 测是 在某种 条件下氢 能 明显 的降低材 料 表观 屈服强 度 , 从而 在较低 的外 应 力 ( 或 K : ) 作用 下就 能 引 起 塑性 变形 , 再 考虑 到氢致表 观屈 服强 度的 降 低可能 受扩 散控 制 , 这样就 可解释氢 能导 致滞后 塑 性变 形 。 长 期以 来 , 关 于氢 对纯 铁或钢 的屈服强度的影 响 已进 行 了大 量的研 究 , 但所得 到的 结果 却 是矛盾的 。 有些 实验 认 为氢使 屈服 强度下降 ’ 〔 ` 1 ! 5 ] , 但 也有 结果 表 明 氢 对屈 服 强度没 有影 响 eI ` ? 〕或 使 屈服 强度 升高 ! 8 ` “ l 。 虽 然对 薄 壁 筒扭 转 的实验 表明 , 氢 能 使屈 服 点 下 降约 3 0 % t ` “ 、 , 但对 光滑 拉伸试样 , 氢使屈 服强度 的变化 一般不 超 过 10 % 。 最近 木 村 l ” 』 用 超 高 纯 铁单 晶的实验 表 明 : 在临 界 温 度 ( 1 9 0 “ K ) 以 上 , 氢起软 化作用 , 使 屈 服强 度下 降 , 低于 注. 本文 1 9 8 0年8月1 2 日收到 衷pg DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1981. 02. 012