氫脆理論分析

1、HIC的類型的類型1、氫氣壓力引起的開裂氫氣壓力引起的開裂溶解在材料中的H在某些缺陷部位析出氣態(tài)氫H2（或與氫有關的其它氣體），當H2的壓力大于材料的屈服強度時產(chǎn)生局部塑性變形，當H2的壓力大于原子間結合力時就會產(chǎn)生局部開裂。某些鋼材在表面酸洗后能看到象頭發(fā)絲一樣的裂紋，在斷口上則觀察到銀白色橢圓形斑點，稱為白點。白點的形成是氫氣壓力造成的。鋼的化學成分和組織結構對白點形成有很大影響，奧氏體鋼對白點不敏感；合金結構鋼和合金工具鋼中容易形

2、成白點。鋼中存在內應力時會加劇白點傾向。焊接件冷卻后有時也能觀察到氫致裂紋。焊接是局部冶煉過程，潮濕的焊條及大氣中的水分會促進氫進入焊接熔池，隨后冷卻時可能在焊肉中析出氣態(tài)氫，導致微裂紋。焊接前烘烤焊條就是為了防止氫致裂紋。2、氫化物脆化、氫化物脆化許多金屬（如Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、稀土等）能夠形成穩(wěn)定的氫化物。氫化物屬于一種脆性相，金屬中析出較多的氫化物會導致韌性降低，引起脆化。3、氫致滯后斷裂、氫致滯后斷裂材料受到載荷作

3、用時，原子氫H向拉應力高的部位擴散形成H富集區(qū)。當H的富集達到臨界值時就引起氫致裂紋形核和擴展，導致斷裂。由于H的擴散需要一定的時間，加載后要經(jīng)過一定的時間才斷裂，所以稱為氫致滯后斷裂。氫致滯后斷裂的外應力低于正常的抗拉強度，裂紋試件中外加應力場強度因子也小于斷裂韌度。氫致滯后斷裂是可逆的，除去材料中的氫就不會發(fā)生滯后斷裂。即使在均勻的單向外加應力下，材料中的夾雜和第二相等結構不均勻處也會產(chǎn)生應力集中，導致氫的富集。設應力集中系數(shù)為α，

4、則σh=ασ，應力集中處的氫濃度為：式中，CH－合金中的平均氫濃度；VH－氫在該合金中的偏摩爾體積（恒溫、恒壓下加入1摩爾氫所引起的金屬體積的變化）。若氫的濃度達到臨界值Cth時斷裂，對應的外應力即為氫致滯后斷裂的門檻應力σth，即：?若σ＜σth，即使經(jīng)過長時間擴散也達不到臨界氫濃度，不會發(fā)生氫致滯后斷裂；?若σ＞σth，經(jīng)過時間tf后，發(fā)生斷裂，且應力越大，滯后斷裂時間越短。氫脆的特征???????RTVCCHH??exp??Hth

5、HthCCVRTlnln????大時，可以韌窩形式開裂；當K降低時，轉變?yōu)榻饫砘驕式饫頂嗔?；當K較小時，才會出現(xiàn)沿晶斷裂。含氫高強度鋼在不同應力場強度因子含氫高強度鋼在不同應力場強度因子K下的斷裂方式下的斷裂方式(a)(a)高K值的韌窩斷裂；值的韌窩斷裂；(b)(b)中K值的解理或準解理斷裂；值的解理或準解理斷裂；(c)(c)低K值的沿晶斷裂值的沿晶斷裂一般來說，在相同K值下，充氫濃度愈高，傾向于向解理及沿晶斷裂方式過渡。此外，氫脆斷口

6、的一個重要特征是很少有沿晶的二次裂紋，垂直于主裂紋面作金相檢查時，主裂紋兩側一般沒有分叉現(xiàn)象。HIC機制機制氫導致氫脆必須有三個步驟：一是氫導致氫脆必須有三個步驟：一是氫的進入氫的進入；二是；二是氫在金屬中的遷移氫在金屬中的遷移；三是；三是氫的局部化氫的局部化。因此氫脆。因此氫脆的過程可示意地歸結于下圖中。的過程可示意地歸結于下圖中。資料指出資料指出[1]胡世炎.機械零件失效分析手冊[M].成都:四川科技出版社1987.進入金屬內部的氫