微观结构对高强钢氢脆敏感性的影响及机理

发布时间：2021-11-26 02:07

　　高强钢在含氢环境的服役过程中极易发生氢脆,表现为毫无预兆的突然失效断裂,氢致裂纹特征一般呈沿晶或者准解理开裂。通过观察断口形貌能够揭示氢致开裂过程中的裂纹萌生处及扩展路径上的微观组织。高强钢根据强化方式的不同具有多种微观特征,氢致开裂的过程反应了微观结构与氢的相互作用,其本质是氢对微观结构中的薄弱环节进行破坏并诱发裂纹形成。因此,研究高强钢中导致氢致开裂的关键微观组织有助于揭示钢材发生氢脆的失效机制。本论文以不同强度级别的高强钢为主要研究对象。采用微观结构观察、物相分析和三维原子探针元素分析等方法观察了高强钢微观结构并分析了关键位置的氢分布。结合了氢渗透、氢的热脱附测试和氢含量测量三种测试手段分析了高强钢中的氢陷阱位置、氢的扩散系数和导致氢致开裂的临界氢浓度。采用预充氢和动态充氢拉伸的方法评估了高强钢的氢脆敏感性并观察了断口形貌。结果表明,AISI 4140钢调质处理后组织为回火索氏体。采用扫描电镜观察并用统计软件计算得出,析出碳化物平均直径为200 nm,约占视场总面积20.2%。晶内和晶界上均发现碳化物析出。三维原子探针结果表明,碳化物为M23C6或M3C型碳化物（M可能为Cr、M... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

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【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．４钢中原子氢在晶格中的位置示意图１２８１?（ａ）原子尺寸观测示意图；（ｂ）微观尺寸观测??

部分高强钢来说，是可以应用Ｇｒｉｆｆｉｔｈ判据的。在氢的作用下，这些高强钢在弹??性阶段就会发生失效断裂，因而不存在塑性变形过程。还有一种说法认为大量位??错运动也会伴随着弱键过程，并且会增加对应位置弱键的应力，如图１．５所示。??ＨＥＤＥ?Ｈ??（ｂ）?＾?）?４．?（ｃ）?ｙ／??图１．５弱键机制的示意图｜３（）｜：?（ａ）晶格间隙中的氢（ｂ）氢吸附和（ｃ）沉淀／析出相上的氢??会削弱原子之间的键合力，导致拉伸应力增加，最终原子层发生分离，裂纹随即形成??１１??

式扩展１１７１??位错源发出的《个位错遇到阻碍，如晶界、亚晶界和第二相时，就会塞积在??阻碍物前，形成长为Ｌ的位错塞积群，如图１．７所示。???丄丄丄丄丄丄丄丄丄丄丄丄６＞??图１．７位错塞积在三叉晶界处示意图??在位错塞积群的顶端〇，坐标为（〃，０）处的应力集中为：??Ｔ?＝?（ｘａ－Ｔｆ）［ｌ?＋?（Ｌ／ｒ）１／２］??ａ?＝?１．５（Ｔａ?—?ＴｆＸＬ／ｒ）１’２?ｓｉｎ?０?ｃｏｓ登?（１．３７）??式中，ｒａ为外加应力；为晶格摩擦应力。塞积群的应力集中和塞积群长度ｉ的??平方根成正比。也就是说，随着１和《升高，应力集中加剧。当存在氢时，则存??在一个附加应力ｔｃ（Ｈ），作用在被氢气团所包围的位错上。它和外应力Ｔａ共同促??进位错运动。因此，如存在氢时式（１．３３）变为：??ａ＿（Ｈ）?＝?（ｋＴａ－ｙｐＬ／ｐｒ）］１／２?（１．３８）??当外加应力Ｔａ增大至临界值时，将导致Ｄ点处的？胃⑴）等于原子间结合力ａｔ／ｌ。??１３??

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3519212