D0I:10.13374/i.issn1001一053x.1980.01.010 北京钢铁Ψ院学城 1980年第1期 钢中氢致裂纹机构研究 金属物理教研室楷武扬李世琼臂纪美 摘 要 用抛光的恒位移试样对处理到不同强度（口。=92~185公斤/毫米2）的4种低 合金钢在各种致氢环境（如电解充氢、纯氢、气体H:S、水介质、H:S水溶液、 援蚀剂水濬液、丙酮、酒精等有机溶液)下跟踪观案了氢致裂纹的产生和扩展过程。 与此同时也测量了各种致氢环境（电解充氢、H,S水溶液、水溶液、水中阴极化和 阴极极化)下的Iscc(或Ka)和da/dt。並研究了它们随强度变化的规律。 结果表明，当加载裂纹前端的K>Kisce(Kra)后，在上面所說的任何一 种致氢环境下都能产生氢致滞后塑性变形，並由此导致裂纹的产生和扩展。即随着 氢的扩散进入，原裂纹前瑞塑性区及其变形量逐渐增大。对超高强钢，在滞后塑性 区端点形成不连续的氢致裂织，宅们随滞后塑性变形的发展逐渐长大以致互相连 接。当强度降低时，氢致裂纹沿滞后塑性区边界连续地向前扩展。这就表明，在I 型裂纹条件下，“氢脆”是氢致滞后塑性变形的必然结果。 在所有致氢环境下，止裂KIcc(Ka)均随钢的强度下降而升高。强度相同 时，水中加援蚀剂和阳极极化使CIsce升高，阴极极化使KIsce下降，，da/dt升 高，而在H,S她和溶液以及加载电解充氢时KIsce(Kra)最低，da/dt最高。 实验也表明，在电解充氢条件下还能以另一种机构形成裂纹。它们的产生和扩 展不依搬外栽荷，且不伴随有宏观塑性变形。因此是通过氢压机构形成和扩展的。 一、前 言 近百年来，虽然对钢在各种致氢环境下的氢致裂纹（即“氢脆”)机构的研究作了很大 的努力，但仍未取得一致的意见。目前存在有以下几种机构： 1)高温高压条件下氢和钢中的碳生成甲烷〔1)， 2)氢在内部缺陷处沉淀产生巨大的内压〔2)， 3)吸附的氢降低形成裂纹所需的表面能〔3)， 4)吸附的氢降低点阵的键能〔4)〔5)， 5)吸附的氢促进局部塑性变形从而促进断裂〔6)。 第一种机构已搞得比较清楚，但仅限于高温高压条件，它并不适用于一般致氢环境。关 于氢压机构，一般认为仅在特殊条件（如电解充氢〔2），在冷却过程中过饱和氢的析出等 〔7)下才适用。目前更多的作者支持键能下降机构，他们认为表面能下降机构是必要的但不 是充分的〔5)。这几个机构都认为氢致裂纹的产生是原子面在正应力作用下的整体解理过程， 90北 京 桐 铁 举 映 举 报 1 9 8 0 年第 l 期 钢 中 氢 致 裂 纹 机 构 研 究 金 属物理教研 室 褚斌扬 李世琉 育 纪共 摘 要 用抛光 的恒位移试样对处理 到不 同强度 ( 0 。 = 92 ~ 18 5 公 斤 / 毫米 “ ) 的 4 种 低 合 金钢在各种致氢环 境 ( 如 电解充氮 、 纯氢 、 气体H : S 、 水介质 、 H : S 水溶液 、 缓蚀 剂水溶 液 、 丙 酮 、 酒精等有机 溶液 ) 下 跟踪 观 察了氢 致裂 纹 的产生 和扩展过程 。 与此 同时也测童 了各种致氮环 境 ( 电解充氮 、 H : S 水溶液 、 水溶液 、 水 中阴极 化和 阴 极极 化) 下 的 K : : c 。 ( 或K : 二 ) 和 d a / d t 。 业研 究了它们 随 强度变化 的规律 。 结果表明 , 当加 载裂纹前端 的 K : > K : : 。 。 ( K : 二 ) 后 , 在上 面所 锐 的任 何一 种 致氢 环 境 下都 能产 生氢致滞后 塑性变形 , 业 由此导 致裂纹 的产生 和扩展 。 即 随着 氢 的扩 散进入 , 原 裂纹 前端 塑性区 及 其变 形盈 逐 渐增大 。 对超 高强 钢 , 在滞后 塑性 区端 点形 成不 连续的氢 致裂级 , 它们随 滞后 塑性变形 的发展 还 渐长大 以致 互 相连 接 。 当强度 降低 时 , 氢 致裂纹浴 滞后 塑性 区边 界连续地 向前扩展 。 这就表明 , 在 I 型 裂纹条件下 , “ 氢脆 ” 是氮 致滞后 塑性变形 的必 然结果 。 在所有 致氮 环 境 下 , 止 裂K : : 。 。 ( K : 二 ) 均 随钢的强 度下 降而 升 高 。 强 度相同 时 , 水 中加 援蚀 剂和 阳 极 极化使 K : : 。 。 升 高 , 阴 极极化 使 K : : 。 。 下降 , , d a / d t 升 高 , 而 在 H : S 鲍 和 溶液 以及加 载电解充 氢时 K : s 。 。 ( K : , ) 最低 , d a / d t 最 高 。 实 验也 表明 , 在电解充氮条件下还 能 以 另一 种机构 形成 裂纹 。 它们 的产 生 和扩 展不 佼 报 外载荷 , 且 不 伴随 有宏 观 塑性变形 。 因此是 通过 氢压 机构 形成和 扩展 的 。 一 、 前 、 _ 一 . . . . , . . . 口 近 百 年来 , 虽然 对钢 在 各种 致 氢环境下 的氢 致裂 纹 ( 即 “ 氢脆” ) 机构 的研究 作 了很大 的努力 , 但仍未取得 一致 的意见 。 目前存在 有以 下几 种机构 : l) 高温 高压条件下氢和 钢中 的碳生成 甲烷 ( 1〕 , 2) 氢 在 内部缺陷处沉 淀产生 巨大的内压 ( 2 〕 , 3) 吸附 的氢 降低形成 裂 纹所 需的表 面 能 ( 3〕 , 4) 吸附 的氢降低 点阵 的键能 ( 4 ) ( 5 〕 , 5) 吸 附 的氢 促进局 部塑 性变形从 而 促进断裂 ( 6〕 。 第一种机构巳搞得比较清楚 , 但仅限 于高温高压条件 , 它并 不适用 于一般致氢环境 。 关 于氢压 机构 , 一般认为仅在 特殊 条件 ( 如电解充氢 〔2 〕 , 在冷却 过 程 中过饱 和氢 的析 出 等 〔7 〕) 下才适用 。 目前更多的作者 支 持 键能 下降机构 , 他们 认为表 面能 下降机构 是必 要 的但不 是充分 的 ( 5〕 。 这 几个机构都认为氢 致裂 纹的产生是原 子面在 正应 力作 用 下的整 体解理过 程 , DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1980. 01. 010