结果讨论 实验表明，当K,>K:s:之后在H2S中应力腐蚀过程中一定会产生滞后塑性变形，只 有当这种滞后塑性变形发展到临界状态时，才能产生应力腐蚀裂纹。因为在H:气和电解充 氢【13]所观察到的滞后塑性变形是由氢产生的，而且其特征以及它和滞后裂纹的关系是和 H,S中完全类似的，这就表明，在H,S中所看到的滞后塑性变形也是由氢引起的。在H:S 气体中应力腐蚀时，可以通过下述反应。1」 Fe+H,S-Fe+HS+H-FeS+H+H 产生原子氢，能谱分析也确实表明断口上的腐蚀产物是硫化铁。在H2S水济液巾由于裂纹 尖端PH保持在3.7-3.9【151，从而可通过阳极反应产生原子氢。 上述氢致滞后塑性和裂纹的关系都是在试样表面观察到的，由于试样内部处于平面应变 状态，是否有可能裂纹先从内部产生然后由于“内缩颈”而在表面产生滞后塑性变形？我们 的实验表明事实不是如此[3)。 WOL试样充氢后抛光，在裂纹前端贴电阻片（图14-1），拉伸过程中测屋载荷一应变 和载荷一张开位移曲线（图14-2），当载荷一应变曲线偏离直线后（即图14-2点B)立即卸 载，发现已产生氢致滞后塑性变形（图14-3）。该试样氧化染色(350℃，2小时)后拉断， 发现断口上并没有任何氢致裂纹（图14-4）。另一试样在产生滞后塑性后（即图14-2上B点） 保持载荷15分钟，在表面上已看到明显的氢致裂纹，氧化染色后拉断，发现试样内部已有裂 纹，但远比试样表层要小（图14-5）。这就表明，对于充氢试样，由于表层氢浓度较高，裂 纹优先在表而形核和发展，而表面所看到的滞后塑性变形又发生在裂纹之前，故氢致滞后塑 性是氢放裂纹的先决条件。 在应力腐蚀条件下，由于阴极放氢反应的位置是随机过程，故裂纹可能优先在试样内部 形核和扩展（图15A),但也可能优先在表面形核和扩展（图15B、C),或试样内外裂纹 扩展几乎相同（图15D)。这表明，在应力腐蚀时力学条件并不起主要作用，即和疲芳裂纹 前沿不同，应力腐蚀裂纹前缘并不总是中间鼓起。由于应力腐蚀时裂纹有可能优先在表层形 核和扩展，故表而所看到的滞后塑性变形决不是内部先形成的应力腐蚀裂纹引起的。 原子氢进入裂纹前端为何能产生滞后塑性变形？我们最近的实验表明【1]如果试样中存 在正应力梯度（如无裂纹弯曲试样，I型预裂纹试样）则通过应力诱导扩散氢能富集在裂纹 尖端，出其浓度超过临界值时就会使表观屈服应力明显下除，从而在较低的外应力（或K,) 下就能产生氢致滞后塑性变形。如果不存在拉应力梯度（如光滑拉伸试样，预裂纹扭转试 样)，则充氢后屈服应力并不下降，也不会产生氢致滞后塑性及裂纹。 我们认为，当裂纹前端足修大区域内的切应力都等于表观郁服应力τ。◆时，氢致滞后塑 性变形就将发生从而就将产生氢致滞后裂纹，计算可得【1] K1sre=Dre◆ D是一个常数。我们的实验表明，表观屈服应力【：◆随钢的强度和进入试样中氢屁的增加而 下降，这就可解释强度和环境对K!sc的影响。如图8所示，无论在H,S巾还是在水介质中， K1c均随强度升高而下降，而H:S的K,s要比水介质中的更低，这是因为由于S~的， 化作用等原因有更多的原子氢进入裂纹尖端。 ?3结 果 讨 论 实验表 明 ， 当 ， ， 。 。 之 后 在 中应 力腐 蚀 过 程 中一 定会 产 生滞后 塑 性变形 ， 只 有当这种 滞后 塑 性变形 发 展 到 临界状 态 ， 才 能产生应 力腐 蚀 裂 纹 。 因为在 气 和 电解充 氢 ‘ “ 所 观 察到 的滞后 塑 性变形 是 由氢 产生 的 ， 而且 其特 征 以 及它 和 滞 后 裂 纹 的 关系是 和 中完 全 类似 的 ， 这 就 表 明 ， 在 中所看 到 的滞 后 塑 性变 形 也 是 由氢 引起 的 。 在 气体 中应 力腐蚀 时 ， 可 以 通 过下 述反应 。 ’ ‘ 、 、 产生原 子氢 ， 能谱分析 也确 实表 明断 口 上的腐蚀 产 物是 硫化 铁 。 在 水 济液 中 由 于裂 纹 尖端 保 持 在 一 ‘ “ ， 从而可通 过 阳极反应 产生原子氢 。 上述氢 致滞后 塑性和 裂纹 的关 系都 是 在试样表 面 观 察到 的 ， 由于 试样 内部处 于 平而应 变 状 态 ， 是 否 有可 能裂 纹先从 内部产 生 然后 由于 “ 内缩颈 ” 而 在表 面产 生 滞后 塑 性 变形 我们 的 实验表 明事 实不 是如 此 ‘ “ 。 试 样充氢 后抛 光 ， 在裂纹前端 贴 电阻 片 图 一 ， 拉伸过 程 中测 量 载 荷一应 变 和 载荷一张 开 位移 曲线 图 一 ， 当载荷一应 变 曲线 偏 离直 线后 即 图 一 点 立 即 卸 载 ， 发现 巳 产 生氢 致 滞后 塑 性变形 图 一 。 该 试 样氧 化 染 色 ℃ ， 小 时 后 拉断 ， 发现断 口 上 并没有任何氢 致裂 纹 图 一 。 另一 试样在产生滞 后 塑性后 即 图 一 上 点 保持载荷 分 钟 ， 在表面 上 已看 到 明显 的氢致 裂 纹 ， 氧化染 色后拉 断 ， 发现试 样 内部巳有裂 纹 ， 但 远 比试 样表层要 小 图 一 。 这就 表 明 ， 对 于充氢 试 样 ， 由于表层氢 浓 度 较高 ， 裂 纹 优 先在 表而形 核 和发 展 ， 而表面所看 到 的滞 后 塑 性变形 又 发生 在裂纹 之 前 ， 故氢 致 滞后 塑 性是氢放 裂 纹 的先决 条件 。 在应 力腐蚀 条件下 ， 由于阴极放 氢反应 的位 置是 随机过 程 ， 故裂 纹可 能 优 先在试样 内部 形 核和 扩展 图 ， 但也可 能优 先在表 面形 核和 扩展 图 、 ， 或 试样 内外裂 纹 扩展 几 乎相 同 图 。 这 表 明 ， 在应 力腐 蚀 时 力学 条件 并不 起主 要 作 用 ， 即和 疲 劳裂纹 前沿不 同 ， 应 力腐蚀 裂 纹前缘 并不 总是 中间鼓 起 。 由于应 力腐蚀 时裂 纹 有 可能优 先在表层 形 核和 扩展 ， 故 表而所 看 到 的滞 后 塑性 变形 决不 是 内部 先形 成 的应 力腐蚀裂 纹 引起的 。 原 子氢 进 入 裂纹 前端 为何 能产生 滞后 塑性 变形 我们 最近 的 实验 表 明 ‘ “ 如 果 试样 中存 在正应 力梯度 如 无裂 纹弯 曲 试样 ， 型 预裂 纹 试 样 则通 过应 力诱导扩 一 散氢 能 富集在裂 纹 尖端 ， 当其 浓 度 超 过 临界值 时就会使 表 观 屈服应 力明显 下 降 ， 从 而在较 低 的外应 力 或 ， 下 就 能 产生氢 致 滞 后 塑性 变形 。 如 果不存 在拉 应 力梯度 如 光滑 拉伸 试 样 ， 预裂纹 扭 转 试 样 ， 则充氢 后屈 服 应 力 并不 下 降 ， 也不会产 生氢 致滞 后 塑性 及裂纹 。 我们 认 为 ， 书裂纹 前端 足 够 大 区 域 内的切 应 力都 等于 表 观屈服应 力 下 。 粉扛 氢 致 滞 后 塑 性变形 就将发 生 从 而就将 产生氢 致 滞 后裂纹 ， 计 算可得 ’ 一、 。 。 。 是一个常数 。 我们 的实验表 明 ， 表 观屈服应 力 【 。 布 随 钢 的强度 和 进入试 样 中氢 量 的 增 加而 卞降 ， 这就可解 释强 度和 环 境 对 。 。 的影响 。 如 图 所 示 ， 无论 在 中还 是 在水 介质 中 ， 。 。 均随 强 度 升高而下 降 ， 而 的 ， 。 。 要 比 水介质 中的更 低 ， 这 是 因为 由于 一 的毒 化作用等原 因有更 多的原 子氢 进 入 裂 纹 尖端