平時講的氫(qing)脆(cui)為由內氫(qing)或者(zhe)外氫(qing)導(dao)致而(er)形(xing)成的可逆氫(qing)脆(cui),其主要特點如下:


 1. 應變(bian)速(su)度(du)低氫(qing)脆(cui)敏(min)感(gan)性強,形變(bian)速(su)度(du)的(de)增高(gao)導(dao)致氫(qing)脆(cui)發生的(de)溫度(du)范(fan)疇變(bian)窄(zhai)、塑性減(jian)小(xiao)、幅度(du)變(bian)低,即氫(qing)脆(cui)不(bu)容(rong)易發生。此外(wai),如果應變(bian)速(su)度(du)高(gao)于某臨界值,則(ze)氫(qing)脆(cui)不(bu)會發生。


 2. 氫(qing)脆(cui)(cui)對高(gao)強(qiang)度鋼較敏(min)感,這是由于高(gao)強(qiang)度鋼在熱力學(xue)上比較不(bu)穩定,容易發(fa)生(sheng)脆(cui)(cui)化,氫(qing)脆(cui)(cui)的敏(min)感性隨著(zhu)材料(liao)屈服極限值的升(sheng)高(gao)而(er)升(sheng)高(gao)。


 3. 氫(qing)(qing)脆(cui)對含氫(qing)(qing)量(liang)較敏(min)感,鋼(gang)的(de)氫(qing)(qing)脆(cui)臨(lin)界(jie)應力(li)值隨(sui)著氫(qing)(qing)濃度(du)的(de)增加而下降,同時鋼(gang)發(fa)生氫(qing)(qing)脆(cui)的(de)孕(yun)育期和破(po)壞時間(jian)均隨(sui)著氫(qing)(qing)濃度(du)的(de)升高(gao)而縮短。


 4. 氫(qing)(qing)脆(cui)(cui)的(de)產生(sheng)是在(zai)某(mou)個(ge)(ge)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)范圍之(zhi)內(nei)的(de),即氫(qing)(qing)脆(cui)(cui)的(de)產生(sheng)存在(zai)一個(ge)(ge)上、下(xia)(xia)臨(lin)界(jie)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)值,其為一種延遲(chi)破壞(huai)。只有(you)當(dang)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)在(zai)上、下(xia)(xia)臨(lin)界(jie)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)值之(zhi)間時延遲(chi)破壞(huai)才(cai)會發生(sheng),其發生(sheng)主要有(you)三個(ge)(ge)階段,分別(bie)為孕育期、裂(lie)紋(wen)在(zai)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)作用(yong)下(xia)(xia)長大及失穩斷裂(lie)。而應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)低于下(xia)(xia)臨(lin)界(jie)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)值時不(bu)管時間多久(jiu)都不(bu)會出(chu)現(xian)脆(cui)(cui)斷現(xian)象(xiang)(xiang);當(dang)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)高于上臨(lin)界(jie)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)值時就能夠出(chu)現(xian)瞬(shun)時脆(cui)(cui)斷的(de)現(xian)象(xiang)(xiang)。

 

 5. 溫(wen)度越(yue)高(gao)氫脆敏感性(xing)越(yue)低,即(ji)氫脆具有低脆性(xing)溫(wen)度特征。此(ci)外,氫脆的(de)裂紋擴展具有不連續的(de)特征,很少出現(xian)分支(zhi)并且通常情(qing)況下(xia)很少在材料的(de)表(biao)面形成(cheng)裂紋源。



在應(ying)力(li)影響下,氫(qing)能夠在裂紋(wen)尖端的(de)(de)三(san)向應(ying)力(li)區(qu)富集,導(dao)致材(cai)料斷(duan)(duan)裂應(ying)力(li)減小從而造成(cheng)脆性斷(duan)(duan)裂。現階段較為(wei)流行的(de)(de)氫(qing)脆機制如下:


1. 氫(qing)壓理論


  氫(qing)壓(ya)(ya)理(li)論指出一些過飽和(he)的(de)氧在金(jin)屬(shu)中的(de)一些缺陷位置(如孔(kong)隙,晶界(jie))析出,并且(qie)H結合成(cheng)(cheng)H2能夠在金(jin)屬(shu)的(de)這些缺陷處形成(cheng)(cheng)比較(jiao)大(da)的(de)內(nei)(nei)壓(ya)(ya)力(li)(li),該內(nei)(nei)壓(ya)(ya)力(li)(li)跟(gen)(gen)外外應力(li)(li)或者金(jin)屬(shu)內(nei)(nei)部的(de)殘余應力(li)(li)形成(cheng)(cheng)合力(li)(li),當金(jin)屬(shu)的(de)屈服極限(xian)低于這個合力(li)(li)時(shi),斷(duan)裂就(jiu)會發生、即氫(qing)在金(jin)屬(shu)材料缺陷處所形成(cheng)(cheng)的(de)內(nei)(nei)壓(ya)(ya)力(li)(li)跟(gen)(gen)外應力(li)(li)促進(jin)了裂紋的(de)形成(cheng)(cheng)和(he)發展,


2. 吸附氫降低表面(mian)能(neng)理論(lun)


  氫(qing)(qing)(qing)吸(xi)附在(zai)裂紋(wen)尖端時能(neng)夠導致金(jin)屬表面(mian)能(neng)減(jian)小(xiao)(xiao),進面(mian)造(zao)成金(jin)屬的(de)(de)斷裂應(ying)力減(jian)小(xiao)(xiao),吸(xi)附氫(qing)(qing)(qing)降(jiang)低(di)表面(mian)能(neng)理論可(ke)(ke)以被用(yong)來很好地詮(quan)釋應(ying)變速率對氫(qing)(qing)(qing)脆(cui)的(de)(de)作用(yong),闡明氫(qing)(qing)(qing)脆(cui)發生孕育期的(de)(de)存在(zai)及(ji)(ji)在(zai)較低(di)的(de)(de)氫(qing)(qing)(qing)分壓條件下實驗過(guo)程(cheng)中出現(xian)脆(cui)斷現(xian)象等(deng)(deng)。但是吸(xi)附氫(qing)(qing)(qing)降(jiang)低(di)表面(mian)能(neng)理論不可(ke)(ke)以用(yong)來解釋氫(qing)(qing)(qing)脆(cui)可(ke)(ke)逆性(xing)的(de)(de)特點,以及(ji)(ji)不可(ke)(ke)以解釋氫(qing)(qing)(qing)脆(cui)裂紋(wen)擴展具有不連續(xu)特征等(deng)(deng)。


3. 弱鍵理(li)論(lun)


  氫在應力(li)的(de)(de)(de)作(zuo)用下會(hui)在材料缺口(kou)或者裂紋尖端的(de)(de)(de)三向應力(li)區(qu)聚(ju)集(ji),進(jin)而導(dao)致該處金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)(zi)鍵(jian)的(de)(de)(de)結合(he)(he)能降低,金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)在較小的(de)(de)(de)應力(li)作(zuo)用下就(jiu)會(hui)發生脆性斷裂。氫能夠減弱原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)(zi)鍵(jian)結合(he)(he)能的(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)因在于(yu)(yu)氫的(de)(de)(de)1S電子(zi)(zi)進(jin)人到了(le)過(guo)(guo)渡(du)(du)族金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)元(yuan)素沒有填滿的(de)(de)(de)3d帶(dai),使得金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)3d帶(dai)電子(zi)(zi)的(de)(de)(de)密(mi)集(ji)度增強,提高了(le)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)(zi)之間的(de)(de)(de)排斥(chi)力(li)、減弱了(le)其(qi)鍵(jian)力(li),進(jin)而導(dao)致了(le)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)的(de)(de)(de)脆化。但(dan)是非(fei)過(guo)(guo)渡(du)(du)族由于(yu)(yu)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)元(yuan)素不存在3d帶(dai),因而該理論(lun)的(de)(de)(de)缺陷在于(yu)(yu)無法解釋非(fei)過(guo)(guo)渡(du)(du)族金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)合(he)(he)金(jin)(jin)(jin),例(li)如,鋁合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)、鎂合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)等(deng)的(de)(de)(de)可逆(ni)性氫脆。


4. 氫氣團(tuan)釘扎理論


  氫(qing)(qing)氣(qi)團(tuan)(tuan)釘扎理(li)(li)論(lun)指(zhi)出氫(qing)(qing)脆(cui)的(de)發生(sheng)(sheng)是(shi)由(you)于(yu)位(wei)(wei)錯(cuo)的(de)移(yi)動(dong)(dong)(dong)受到氫(qing)(qing)的(de)釘扎作(zuo)(zuo)用(yong)導(dao)(dao)致(zhi)的(de),同(tong)時氫(qing)(qing)與(yu)位(wei)(wei)錯(cuo)之(zhi)間的(de)互相作(zuo)(zuo)用(yong)理(li)(li)論(lun)指(zhi)出氫(qing)(qing)脆(cui)僅(jin)存在于(yu)在特(te)定(ding)的(de)溫(wen)度及(ji)形(xing)(xing)(xing)(xing)變范疇之(zhi)內。當(dang)溫(wen)度處于(yu)小(xiao)于(yu)臨界(jie)溫(wen)度的(de)條件下(xia)(xia),Cottrell氣(qi)團(tuan)(tuan)能(neng)(neng)夠(gou)在含氫(qing)(qing)金屬的(de)形(xing)(xing)(xing)(xing)變過(guo)(guo)程中產(chan)生(sheng)(sheng)。氫(qing)(qing)原子的(de)擴(kuo)(kuo)散在溫(wen)度不太低但是(shi)形(xing)(xing)(xing)(xing)變速(su)度較小(xiao)的(de)條件下(xia)(xia)能(neng)(neng)夠(gou)與(yu)位(wei)(wei)錯(cuo)運動(dong)(dong)(dong)速(su)度相適合,即Cottrell氣(qi)團(tuan)(tuan)在落(luo)后于(yu)位(wei)(wei)錯(cuo)一定(ding)距離的(de)情況下(xia)(xia)伴(ban)隨著位(wei)(wei)錯(cuo)運動(dong)(dong)(dong)而運動(dong)(dong)(dong),即導(dao)(dao)致(zhi)位(wei)(wei)錯(cuo)不能(neng)(neng)自(zi)由(you)運動(dong)(dong)(dong),該種情形(xing)(xing)(xing)(xing)被(bei)稱為氫(qing)(qing)對位(wei)(wei)錯(cuo)移(yi)動(dong)(dong)(dong)產(chan)生(sheng)(sheng)的(de)釘扎效應。該種效應能(neng)(neng)夠(gou)導(dao)(dao)致(zhi)材料發生(sheng)(sheng)局部硬(ying)化(hua)的(de)現象,新(xin)位(wei)(wei)錯(cuo)在外力的(de)影響下(xia)(xia)連續產(chan)生(sheng)(sheng),當(dang)新(xin)位(wei)(wei)錯(cuo)跟 Cottrell氣(qi)團(tuan)(tuan)在移(yi)動(dong)(dong)(dong)過(guo)(guo)程中碰(peng)到例如晶界(jie)等障(zhang)礙時,就(jiu)會在障(zhang)礙處產(chan)生(sheng)(sheng)氫(qing)(qing)氣(qi)集結及(ji)位(wei)(wei)錯(cuo)塞積(ji),在應力足夠(gou)大的(de)狀況下(xia)(xia)就(jiu)會形(xing)(xing)(xing)(xing)成裂(lie)紋,并(bing)且會自(zi)此擴(kuo)(kuo)展以及(ji)長大。