金屬材料科學(xué)與技術(shù): 氫脆斷口賞析

氫脆斷口，雞爪花樣

a-d 氫致開裂斷口

引自M.L. Martin, et al. Acta Materialia 59 (2011) 3680–3687

疲勞斷口

沿晶斷口

穿晶解理斷口

氫脆斷口的宏觀特征通常表現(xiàn)為斷口平齊、結(jié)構(gòu)粗糙，色澤為亮灰色，斷面干凈無腐蝕產(chǎn)物，且多發(fā)生在應(yīng)力集中處，如螺紋牙底或頭部與桿部過渡位置。微觀特征則顯示沿晶分離或穿晶斷裂，斷口微觀形貌可能受到多種因素的影響‌。

氫脆是由于氫滲入金屬內(nèi)部導(dǎo)致?lián)p傷，從而使金屬零件在低于材料屈服極限的靜應(yīng)力持續(xù)作用下導(dǎo)致的失效。氫脆斷裂的宏觀特征明顯，斷裂源可在表面也可在次表層，斷口附近通常無宏觀塑性變形‌。在微觀層面，氫脆斷口一般顯示沿晶分離，也可能是穿晶的，且氫脆裂紋一般無分叉。對(duì)于高強(qiáng)鋼，沿晶面平坦，沒有附著物，有時(shí)可見白亮的、不規(guī)則的細(xì)亮條，這是晶界最后斷裂位置的反映，并存在大量的雞爪形的撕裂棱‌。

此外，氫脆斷口在掃描電子顯微鏡（SEM）下觀察，可能呈現(xiàn)冰糖狀形貌，沿晶界面上可見明顯的雞爪紋，這是氫脆斷裂的典型特征‌。當(dāng)鋼鐵材料中存在較多氫元素時(shí)，材料變得很脆，沖擊斷裂后斷面以解理斷裂為主，同時(shí)可見沿晶傾向‌。

綜上所述，氫脆斷口的特征在宏觀和微觀層面均有明顯表現(xiàn)，這些特征有助于識(shí)別和分析由氫脆導(dǎo)致的金屬零件失效。