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氫致開裂機(jī)理

類似于式(4-14)， 氫致開裂HIC可以表述為：

顧名思義，即氫導(dǎo)致材料的開裂叫做HIC。在下面，分概念及機(jī)理兩部分，論述這個(gè)命題。

氫致開裂概念

（1）在應(yīng)力腐蝕系統(tǒng)中，陽極反應(yīng)和陰極反應(yīng)通過電子的耦合，是一對相互依存的共軛過程。因而陰極析氫與陽極溶解是并存的，沒有陽極溶解，便不會有陰極析氫。氫致開裂機(jī)理是指陰極反應(yīng)所析出的氫原子進(jìn)人金屬之后，對斷裂起了主要作用。

由于金屬中的氫有其他各種來源，因而應(yīng)力腐蝕斷裂(SCC)中的氫致開裂(HIC)機(jī)理，便是圖4-3中的影線重疊區(qū)。這個(gè)重疊區(qū)的HIC與其他HIC的主要區(qū)別是氫的來源。

①SCC中的氫是從金屬外部進(jìn)人的，從外部進(jìn)人金屬中的氫還會引起氫腐蝕，即高溫高壓氫氣引起的開裂或斷裂現(xiàn)象。若腐蝕介質(zhì)不限于水溶液，則氫腐蝕也是一種應(yīng)力腐蝕，這種應(yīng)力腐蝕的腐蝕介質(zhì)為高溫氫氣，而應(yīng)力則來源丁氫氣的壓力。

②SCC中的氫是連續(xù)供應(yīng)的，因而金屬中的氫量是繼續(xù)增加的；而內(nèi)氫是在工藝過程中引進(jìn)的，其含量是固定的。

③SCC中的氫有一個(gè)能否進(jìn)人金屬的問題，而內(nèi)氫則已存在于金潿內(nèi)部。

④內(nèi)氫在宏觀上是均勻的，而SCC引起的氫，從表面到內(nèi)部有一個(gè)濃度梯度，氫在金屬中的擴(kuò)散系數(shù)愈小，則這個(gè)旅度梯度愈大。在分析內(nèi)氫及外氫引起金屬開裂，即HIC問題時(shí)，要注意上述四點(diǎn)區(qū)別。

（2）命名“氫致開裂”又叫做“氫脆"。實(shí)質(zhì)上，它們是相關(guān)而不全等的概念。顧名思義，氫脆是氫引起的脆性。但是，用沖擊韌性卻反映不出氫脆，因而使用“氫脆"，在工程界，有時(shí)易于引起誤會。若對脆性有較全面的理解，則可免除這種誤會。

韌性是脆性的反義詞，提高韌性，則可降低脆性。在材料的力學(xué)性能中，對應(yīng)于給定臨界條件(例如斷裂)的應(yīng)力、應(yīng)變和應(yīng)變能，便分別有材料的強(qiáng)度、塑性和韌性。換句話說，以斷裂為臨界條件，則強(qiáng)度是抵抗斷裂的能力，對應(yīng)于斷裂時(shí)的應(yīng)力，塑性表示斷裂時(shí)的變形程度，對應(yīng)于斷裂時(shí)的應(yīng)變，而韌性是材料從塑性變形到斷裂全過程中所吸收的能量，對應(yīng)于應(yīng)變能。

韌性是強(qiáng)度和塑性的綜合表現(xiàn)，它的量綱是能量：對于光滑試樣，采用真實(shí)應(yīng)力-真實(shí)應(yīng)變曲線下從塑性變形到斷裂的面積(單位體積的能量)大小，來表示韌性的高低；對于缺口試樣，沖擊韌性(αk,Cv等)是沖斷缺口下單位面積所消耗的能量；對于裂紋試樣的KIC，換算成的GIC,便是平面應(yīng)變條件下裂紋擴(kuò)展單位面積所需的能量。當(dāng)強(qiáng)度不變或變化很小時(shí)，用塑性的大小即可表征韌性的高低。

在一般情況下，氫引起的韌性下降，在高應(yīng)變速度的沖擊韌性中無法反映，而在緩慢拉伸或彎曲時(shí)可以顯示。對于預(yù)先充氫的試樣，可以采用光滑試樣緩慢拉斷時(shí)的截面收縮率ψH(一種塑性指標(biāo))來衡量氫脆敏感性、定義氫脆敏感系數(shù)I為：

式中，ψ0 為未充氫試樣的截面收縮率。這時(shí)，σf 的變化很小，則塑性損失愈多，氫脆趨向愈大。

氫脆又曾稱之為“ 滯后破壞”，因?yàn)槠茐男枰^長時(shí)間。但滯后破壞還有疲勞、蠕變等。氫脆又曾稱為“靜態(tài)疲勞”，因?yàn)樗c疲勞曲線相似，斷裂時(shí)間隨著應(yīng)力的降低而增加，不過載荷是靜態(tài)的，而不是交變的。滯后破壞和靜態(tài)疲勞并未表明只是由于氫引起的，因而命名不當(dāng)。氫脆有時(shí)又?jǐn)U大而稱為“氫損傷”，則包括韌性降低、開裂或斷裂,物理性能降級等更為廣泛的現(xiàn)象。例如，SmCos 硬磁合金的磁性由于浸蝕吸氫而有顯著的下降；有意地引人氫，可使SmCos的矯頑力下降一個(gè)數(shù)量級。剩余磁感下降約20%。又例如，奧氏體不銹鋼充氫后，在0.5mol/LH2SO4，中的陽極極化曲線顯著石移，溶液中合金元素的分析結(jié)果進(jìn)一步肯定氫降低了耐蝕性。又例如，氫可降低穩(wěn)定的奧氏體不銹鋼的塑性,但可以不引起開裂。