微觀組織的影響,。由于氫在不同組織中的擴(kuò)散速度和儲存能力不同,,因此,材料的微觀組織對延遲斷裂敏感性的影響很大,。從金相組織上講,,相比于奧氏體和全珠光體組織,,鐵素體—馬氏體和單一馬氏體組織鋼材具有更高的氫致延遲斷裂敏感性。此外,,相同的應(yīng)力水平下,,加工誘發(fā)馬氏體的含量越高,延遲斷裂敏感性越大,;在相同的強(qiáng)度水平下,,含Mo的高溫回火馬氏體組織,比普通回火馬氏體鋼的極限擴(kuò)散氫含量高,,延遲斷裂敏感性降低,。同時,材料微觀組織上的不均勻性,,如晶界,、相界等,,由于原子錯排和局部應(yīng)力場的存在,會成為氫的捕獲陷阱或氫快速傳輸?shù)耐ǖ?,從而影響材料的氫致延遲開裂行為,。此外,降低晶粒尺寸,,晶界處吸附的氫含量減少,,也有利于改善材料沿晶界開裂的敏感性。
加工缺陷的影響,。高強(qiáng)度耐磨板的加工會經(jīng)歷彎曲,、拉拔、冷軋等工藝,,不同的加工方式會在材料上留下微孔,、微裂紋和位錯等缺陷,這些缺陷位置會成為氫的捕獲陷阱或者提供氫原子快速傳輸?shù)耐ǖ?,在外力作用下還會在缺陷位置形成應(yīng)力集中,,它們會對材料的氫致延遲開裂行為產(chǎn)生較大的影響。
受力狀態(tài)的影響,。一方面,,金屬構(gòu)件在服役過程中會受到各種外力的作用;另一方面,,材料本身也會因?yàn)椴煌募庸こ尚瓦^程而產(chǎn)生不同的殘余應(yīng)變狀態(tài),。高強(qiáng)度耐磨板的主要成型工藝有折彎、擴(kuò)孔和翻邊,、淺拉伸等,,這些加工殘余應(yīng)變的存在會促進(jìn)延遲斷裂的發(fā)生。最新研究認(rèn)為,,加工過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)變是外加應(yīng)力和材料中的可擴(kuò)散氫含量之外的第三大導(dǎo)致高強(qiáng)度耐磨板延遲斷裂失效行為發(fā)生的重要因素,,氫致延遲斷裂行為發(fā)生的敏感區(qū)處于高外加應(yīng)力、高應(yīng)變和高濃度擴(kuò)散氫含量的重合區(qū),。
環(huán)境的影響,。環(huán)境主要是會影響氫向金屬材料內(nèi)部的滲透。金屬在各種致氫環(huán)境中,,如氫氣,、H2S氣體和水溶液、水介質(zhì),、丙酮等有機(jī)溶液中,氫致延遲斷裂敏感性會大大增加,。根據(jù)環(huán)境中氫來源的不同,,高強(qiáng)度耐磨板的氫致延遲斷裂行為主要分為以下兩類:一類是服役環(huán)境滲入的氫(外氫)引起的延遲斷裂,,如橋梁用高強(qiáng)度耐磨板,在潮濕大氣,、雨水等環(huán)境中長期暴露發(fā)生腐蝕,,由腐蝕反應(yīng)生成的氫侵入鋼中而發(fā)生延遲斷裂。另一類是酸洗,、電鍍,、焊接等制造過程中侵入鋼中的氫(內(nèi)氫)引起延遲斷裂。以焊接為例,,它是一個局部冶煉過程,,局部高溫可使焊條及藥皮中所含的水分分解成氫原子進(jìn)入金屬。這些過程引入的氫含量較高,,因此,,鋼材常常在施加應(yīng)力后的幾小時或幾天內(nèi)即發(fā)生延遲斷裂失效。
氫致延遲斷裂機(jī)理
關(guān)于氫致延遲斷裂的機(jī)理,,近年來已經(jīng)進(jìn)行了廣泛的研究,,但問題還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有解決。已經(jīng)提出的經(jīng)典理論主要有:氫壓理論,、氫降低表面能理論,、氫降低原子鍵合力理論,以及氫促進(jìn)局部塑性變形理論等,。
氫壓理論,、氫降低表面能理論和氫降低原子鍵合力(即弱鍵)理論均認(rèn)為,氫致裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展是原子面在正應(yīng)力作用下的整體解理過程,,即氫致脆性的過程,。與此相反,氫致局部塑性變形理論則認(rèn)為任何斷裂過程都是局部塑性變形的結(jié)果,。該理論認(rèn)為,,在存在應(yīng)力梯度的條件下,如裂紋尖端附近,,由于應(yīng)力誘導(dǎo)擴(kuò)散,,原子氫能富集在裂紋尖端局部區(qū)域。當(dāng)有效氫濃度達(dá)到臨界值時,,可以使局部區(qū)域的表觀屈服應(yīng)力明顯下降,,于是在較低的應(yīng)力作用下就能產(chǎn)生氫致滯后塑性并導(dǎo)致滯后斷裂,而且局部區(qū)域表觀屈服應(yīng)力的下降量明顯依賴于鋼的強(qiáng)度和初始?xì)浜俊?
總體來講,,上述4種經(jīng)典理論都有其局限性,,將氫促進(jìn)局部塑性變形理論和弱鍵理論、氫壓理論聯(lián)合起來,是今后研究的一個方向,,有可能發(fā)展新的氫致開裂理論以解釋氫致韌斷和氫致韌脆轉(zhuǎn)變機(jī)理,。