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.38 北京科技大学学报 第29卷 材料的变形、裂纹的形核和扩展，从优先沿不连续分 导致解理断裂，因此由薄到厚的试样，断口形貌也就 布于原奥氏体晶界上的先共析铁素体发生，发展到 由韧窝过渡到解理， 沿珠光体中的渗碳体片层进行，通过渗碳体的开裂 (a) (b) 图81.2mm厚光滑试样拉伸断口.(a)未充氢；(b)i=0.1mAcm2充氢 Fig-8 SEM fractographs of the smooth samples with a thickness of 1.2mm:(a)without hydrogen charging:(b)with hydrogen charging under a current density of i=0.1mA.cm-2 薄试样原位拉伸表明，原子氢对断裂过程没有 参考文献 明显影响，开始都是沿先共析铁素体发生塑性变形， [1]Liu Z X,Gu HC.The in situ fatigue crack observation of wheel 然后裂纹沿铁素体形核、扩展，从而产生韧窝断口 steels.Pract Photogr.2002.39(4):211 有氢时，除了先共析铁素体先发生变形外，夹杂周围 [2]Hu ZZ,Ma M L.Liu Y Q.et al.The effect of austenite on low 由于应力集中更容易优先变形，裂纹更容易沿夹杂 cycle fatigue in three phase steel.Int JFatigue,1997,19(8/9): 641 与基体的界面形核，因此，当试样很薄时（平面应力 [3]曹睿，任学冲，陈剑虹，等.铸铁断裂机理原位拉伸研究。甘肃 条件)不论是否有氢，都发生韧断：而当试样厚度满 工业大学学报，2003,29(2)：8 足平面应变条件后，不论是否充氢，都发生解理脆 [4]Zhu S J.Peng L M.MoriyaT,et al.Effect of stress ratio on fa- 断.因而当裂纹在先共析铁素体上形核、扩展时必 tigue crack growth in TiAl intermetallics at room and elevated 然导致韧断；反之，拉伸时出现解理断口一定和铁素 temperatures.Mater Sci Eng A.2000.A290(1/2):198 [5]Lu Y H.Zhang Y G,Qiao L J.et al.The fracture mechanism of 体无关，这就是说，在平面应变条件下拉伸，裂纹不 a fully lamellar YTiAl alloy through in situ SEM observation.In 是沿先共析铁素体而是在珠光体内（或渗碳体界面） termetallics.2000.8(12):1443 形核和扩展，综上所述，用厚度不同的试样拉伸，裂 [6]Chan K S.Kim Y W.Influence of microstructure on crack tip 纹扩展的路径不同 micromechanics and fracture hehaviors of a two phase TiAl alloy Metall Trans A.1992.23:1663 3结论 [7]Chan K S.Kim Y W.Relationships of slip morphology,microe- racking and fracture resistance in a lamellar TiAl-alloy.Metall (1)薄试样原位拉伸时首先在先共析铁素体中 Mater Trans A.1994.25A:1217 发生塑性变形，然后微裂纹沿先共析铁素体边界不 [8]Lu Y H.Liang S,Chu W Y,et al.In situ AF M observation of 连续形核、扩展，微裂纹相互连接导致韧断，充氢后 crack propagation in CuNiAl shape memory alloy.Intermetallics. 的试样，断裂过程和未充氢试样基本相同，但在有 2002,10(8):823 氢的情况下，微裂纹更容易通过夹杂物与基体的界 [9]Andersson H.Persson C.In situ SEM study of fatigue crack growth behaviour in IN718.Inter J Fatigue.2004.26(3):211 面剥离而萌生，试样总的变形量减少，无论充氢与 [10]Li J X.Shan G B.Gao K W.et al.In situ SEM study of for- 否，薄试样的拉伸断口以韧窝为主 mation and growth of shear bands and microcracks in bulk metal- (2)对于厚度满足平面应变的W0L试样，裂纹 lic glasses.Mater Sci Eng A.2003.A354:337 形核扩展并不优先沿先共析铁素体，而是沿珠光体 [11]褚武扬，乔利杰，陈奇志，等.断裂与环境断裂，北京：科技出 版社，2001：121 中的渗碳体片层解理开裂.不论是否充氢，厚试样 [12]任学冲，褚武扬，李金许，等.原子氢和白点对车轮钢力学性 以解理断口为主， 能的影响.金属学报，2006,42(2)：153 (下转第54页)材料的变形、裂纹的形核和扩展从优先沿不连续分 布于原奥氏体晶界上的先共析铁素体发生发展到 沿珠光体中的渗碳体片层进行通过渗碳体的开裂 导致解理断裂因此由薄到厚的试样断口形貌也就 由韧窝过渡到解理． 图8 1∙2mm 厚光滑试样拉伸断口．（a） 未充氢；（b） i＝0∙1mA·cm －2充氢 Fig．8 SEM fractographs of the smooth samples with a thickness of1∙2mm： （a） without hydrogen charging；（b） with hydrogen charging under a current density of i＝0∙1mA·cm －2 薄试样原位拉伸表明原子氢对断裂过程没有 明显影响开始都是沿先共析铁素体发生塑性变形 然后裂纹沿铁素体形核、扩展从而产生韧窝断口． 有氢时除了先共析铁素体先发生变形外夹杂周围 由于应力集中更容易优先变形裂纹更容易沿夹杂 与基体的界面形核．因此当试样很薄时（平面应力 条件）不论是否有氢都发生韧断；而当试样厚度满 足平面应变条件后不论是否充氢都发生解理脆 断．因而当裂纹在先共析铁素体上形核、扩展时必 然导致韧断；反之拉伸时出现解理断口一定和铁素 体无关．这就是说在平面应变条件下拉伸裂纹不 是沿先共析铁素体而是在珠光体内（或渗碳体界面） 形核和扩展．综上所述用厚度不同的试样拉伸裂 纹扩展的路径不同． 3 结论 （1） 薄试样原位拉伸时首先在先共析铁素体中 发生塑性变形然后微裂纹沿先共析铁素体边界不 连续形核、扩展微裂纹相互连接导致韧断．充氢后 的试样断裂过程和未充氢试样基本相同．但在有 氢的情况下微裂纹更容易通过夹杂物与基体的界 面剥离而萌生试样总的变形量减少．无论充氢与 否薄试样的拉伸断口以韧窝为主． （2） 对于厚度满足平面应变的 WOL 试样裂纹 形核扩展并不优先沿先共析铁素体而是沿珠光体 中的渗碳体片层解理开裂．不论是否充氢厚试样 以解理断口为主． 参 考 文 献 ［1］ Liu Z XGu H C．The in-situ fatigue crack observation of wheel steels．Pract Photogr200239（4）：211 ［2］ Hu Z ZMa M LLiu Y Qet al．The effect of austenite on low cycle fatigue in three-phase steel．Int J Fatigue199719（8／9）： 641 ［3］ 曹睿任学冲陈剑虹等．铸铁断裂机理原位拉伸研究．甘肃 工业大学学报200329（2）：8 ［4］ Zhu S JPeng L MMoriya Tet al．Effect of stress ratio on fatigue crack growth in TiAl intermetallics at room and elevated temperatures．Mater Sci Eng A2000A290（1／2）：198 ［5］ Lu Y HZhang Y GQiao L Jet al．The fracture mechanism of a fully lamellarγ—TiAl alloy through in-situ SEM observation．Intermetallics20008（12）：1443 ［6］ Chan K SKim Y W．Influence of microstructure on crack-tip micromechanics and fracture behaviors of a two-phase TiAl alloy． Metall Trans A199223：1663 ［7］ Chan K SKim Y W．Relationships of slip morphologymicrocrackingand fracture resistance in a lamellar TiA-l alloy．Metall Mater Trans A199425A：1217 ［8］ Lu Y HLiang SChu W Yet al．In situ AFM observation of crack propagation in CuNiAl shape memory alloy．Intermetallics 200210（8）：823 ［9］ Andersson HPersson C．In-situ SEM study of fatigue crack growth behaviour in IN718．Inter J Fatigue200426（3）：211 ［10］ Li J XShan G BGao K Wet al．In situ SEM study of formation and growth of shear bands and microcracks in bulk metallic glasses．Mater Sci Eng A2003A354：337 ［11］ 褚武扬乔利杰陈奇志等．断裂与环境断裂北京：科技出 版社2001：121 ［12］ 任学冲褚武扬李金许等．原子氢和白点对车轮钢力学性 能的影响．金属学报200642（2）：153 （下转第54页） ·38· 北 京 科 技 大 学 学 报 第29卷