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1、对氢气氛引起高强度钢“”脆化机理的探讨上海交通大学福正瑞,,1〕,由于空间技术能源石油工业和大型发电机的转子用氢冷却〔等工业发展的需要氢气氛对钢性能的影响已逐渐为人们所重视。氢引起高强度钢脆化这一现象早已为人们所熟一,“”。“”。erren知和重视称为氢脆但早先的研究工作比较偏重内部氢脆(Intanlhydogembrittlenrent)而对外部氢气氛引起的脆性(Hydrogenenvironmentembrittlement)的研究。。还较少本文主要概述由氢气氛引起的氢脆、1高强度钢在氢压自1千牛顿/米
2、至00“兆牛顿/米气氛中的一些力学行为1.口的高强度钢试样,,具有缺在氢气氛中裂纹不是立刻萌生而是有一孕育期另外当TH,。T;,外加应力小于某一值或应力强度因子K值试样不再发在迟滞断裂孕育期和K随着,。试样屈服强度下降而上升直到延滞断裂消失(见图1和图2)一考遏ù畏l备呼断洲间域瓤稚时il)·223Ksi图i4340钢(屈服强度)的应力和图2具有不同屈服强度的试样,K裂纹萌生和断裂的时间关系图和断裂时间的关系图.高2强度钢在氢气氛中的裂纹扩展速度与应力强度因子K的关系一般具有如图3〔〕和2。图4〔3〕所具有
3、的形态}“:。。.少必a一吐翻“fol·..l`从卿性f勺1吧,"*.-盆叨沈;l、’、琦.,几卜乏、.ó皿二,之毖,._____.王。『:11~。_耐旷户O)驭甲言怕芝琳!!理。村i砂摊、口盆试行51呱.雪盈林写献拍.5研叻`。:·!.rr)’10尸幼K目痴仪幼.t幸1·2之乃艺,o心删翻刚,尹``40`口80I阅脚14口一一丽一“之0JO丽,k付矿创掀.真岸“一醉摊图3图4a::图中裂纹扩展速率d/dt与K的关系可以分成三个阶段阶段I裂纹扩展速率da/dt。。:受K的影响很大阶段n裂纹扩展速率在一定K的
4、范围内基本上不受K变化的影响然后::。当K接近K时da/dt急剧增大即为第1阶段,T,,,从图中还可看到在一定氢压下当外加应力强度因子小于K时裂纹不发生扩展T”,TH(见图但K值是受氢压影响的(见图5〔4〕)同时K值还受温度的影响6〔3〕)侧解曰翻共以毗军···一及f1长,aJ.,,二而一一弋讨一一币二`非.tJ队图5434。,应力强度因子关系图钢的裂纹扩展速率和氢压,TH,16.3/2由图可见当低于20℃范围内K与温度关系不太明显约在n~5兆牛顿/米之,n~133”。℃时_KTH。间大多在兆牛顿/米之间但
5、当温度高于20值随着温度升高而增大.孙毕一、沁嘴叹军翘蔑裂黛和即翻匆"日巴日片拍蕊.叔杨浅口’拟T(火勺6、、图图7lsNi(25)马氏0休时效钢温度氢压和裂纹扩展速率的关系图···_·盆户动2口`。`b口O’10二.(H)尹优七二’“,`潇k埃寸、夺{J口纲扮洲夸侧’鑫,盯脚、报袂老O`宋`’’匕一L,沪’la耘后如之`二口众办r一,I/T(欠)1.〔水’竹l)图89图,K值分别等于例如温度50℃和85℃时79和92兆牛顿一2,/米阳时裂纹还未发生扩展在千氢气,一+,一T。氛中温度范围在40℃至85℃Hn
6、钢的K。值几乎不受温度的影响.,第n阶段的裂纹扩展速率与氢气氛压力有关,可以写成da一一。,世三二OC(尸-)以`(1)一:,..。。05至20常数根据现有资料它的值在范围内,e裂纹扩展速率与氢压力的关系如此分散Wi3[〕等认为这实际上是温度压力共同。—,作用的关系图7表示18iN(250)马氏体时效钢的第1阶段裂纹扩展速率和温度压力的关。。4130钢亦有类似的关系(见图s)[5〕e,、、Wi等将第n阶段裂纹扩展与温度关系分为三个区域分别称为区域ABC(或、。n和I区域)区A表征低温特性有下式关系域.:p`
7、一“H`“T,(斋)(2)一18(.4士2.6,一+iN250)马氏体时效钢△H等于18千焦耳/克分子4130钢在80℃至24℃,682=16.5。温度范围内氢压毛时△H千焦耳/克分子其它高强度钢当氢压在一个大气压,,。.`,_...,,。,。`,,,__`,,,、。,、,,’,=··,伟,,,一1一。r-十小H“钢,血当’温.m度心*范田围”,+4”℃时“`””士“`、4一%N`C左右至H千焦耳/克分子诬。.,一r一。,M△H=1183%iNCM△H=8钢千焦耳/克分子钢千焦耳/克分子这些数值与氢。在高强
8、度钢中的渗透激活能35千焦耳/克分子至38千焦耳/克分子有较大的差异。B是中间温度区域rrus区域在上面已介绍过在低温区域da/dt和温度关系符合Ahein。。。d。t关系但是随着温度升高则产生了偏离刚产生偏离的温度为转折温度/d在区域B中。达最高值(见图7)转折温度随着氢压的降低或屈服强度的降低而下降(见图7及9)在AISI。413。钢中亦发现这一现象:,。C区域当温度继续升高裂纹扩展速率急剧下降最后裂纹扩展速
