块状非晶剪切带和微裂纹形核扩展的SEM原位研究

在扫描电镜(SEM)中对Zr_(57)Cu_(15.4)Ni_(12.6)Al_(10)Nb_5块状非晶单边缺口试样进行了原位拉伸;用原子力显微镜(AFM)研究了剪切带的三维形貌。研究表明,拉伸时缺口前方产生剪切带,它们逐步发展、长大,尽管剪切带由剪应力产生,正应力在其形成和扩展过程中起重要作用。两剪切带相交时会形成割阶,其长度随相交剪切带中应变量升高而增大,当主剪切带中应变集中足够大后,剪切微裂纹沿主剪切带和基体的交界线形核扩展,并沿剪切面向试样内部扩展几十微米;在正应力作用下,该剪切(Ⅱ型)裂纹张开成Ⅰ型,并快速贯穿试样厚度,然后沿横向快速扩展导致断裂。

Ni_3Al+NiAl双相合金的氢致开裂

利用恒载荷试样和 ＷＯＬ试样研究了 Ｎｉ３Ａｌ＋ＮｉＡｌ双相合金中氢致裂纹形核的规律以及氢致滞后断裂归一化门槛应力σｃ／σｆ与试样中可扩散氢含量 ｗｈｏ的关系.结果表明，氢致裂纹择优在 ＮｉＡｌ相中或 Ｎｉ３Ａｌ／ＮｉＡｌ相界面处形核扩展；Ｎｉ３Ａｌ能阻碍氢致裂纹扩展.恒载荷实验表明，氢致滞后断裂门槛应力随可扩散氢含量的对数线性下降，即σｃ／σｆ＝０.５８－０.０４２ｌｎ Ｈｏ。

钝化膜应力导致不锈钢应力腐蚀

用恒位移加载台,在透射电镜（TEM）中原位观察应力腐蚀前后裂尖前方位错组态的变化以及微裂纹的形核和扩展.结果表明,310不锈钢在沸腾的25％MgCl2水溶液中应力腐蚀时腐蚀过程能促进位错发射、增殖和运动;当腐蚀促进的位错发射和运动达到临界状态时,应力腐蚀裂纹形核和扩展.测量表明,304不锈钢在沸腾MgCl2中自然腐蚀时表面钝化膜会产生一个附加拉应力,它可能是腐蚀促进位错发射和运动的原因.

镍硼镀层对陶瓷与金属联接的影响

采用自催化镀方法对Ａｌ＿２Ｏ＿３陶瓷表面进行３Ｎｉ－Ｂ镀层金属化处理，然后，把金属化的Ａｌ＿２Ｏ＿３分别和Ｎｉ、Ｆｅ－Ｎｉ合金组成偶对，进行了固相压力扩散焊，并通过组织成分分析对界面区的固相反应进行研究。结果表明，经特殊预处理的９９％Ａｌ＿２Ｏ＿３陶瓷，其表面镀层Ｎｉ－Ｂ与基体的结合强度可达２５０ＭＰａ以上，镀层呈非晶态，而热处理后可完全晶化。Ｎｉ－Ｂ／Ｎｉ（Ｆｅ－Ｎｉ）对，界面消失，成分完全均匀；Ａｌ＿２Ｏ＿３／Ｎｉ－Ｂ对，机械咬合紧密，在一定厚度的互扩散层（２．５μｍ）。试验中还发现，在压力扩散下，镀镍薄层（约８μｍ）表现出异常的扩散能力，尤其Ａｌ￣（３＋）向镀层小的扩散能力非常强，值得注意。

合金元素钒对重轨钢氢脆敏感性的影响

不含钒重轨钢(DB钢)产生氢鼓泡和氢致塑性损失的临界可扩散氢浓度分别为0.7×10^(-4)％和0.09×10^(-4)％:而对含钒的PD_3钢,其相应值为2.2×10^(-4)％及0.26×10(-4)％。钒提高了产生氢损伤的临界氢浓度,从而降低了重轨钢的氢脆敏感性。两种钢的氢致塑性损失I_δ与可扩散氢浓度Co的倒数呈直线关系,即I_δ=100-9/Co(DB钢)及I_δ=105-27/Co(PD3钢)。这表明合金元素钒能降低氢致塑性损失。

环境断裂研究进展

本文介绍了环境断裂近年来的研究进展。第一部分是功能材料的环境断裂。研究发现,铁电陶瓷如PZT和Ba- TiO_3在有水或无水环境中,应力能使压痕裂纹发生滞后扩展(即存在应力腐蚀)。恒电场能引起铁电陶瓷的畴变,不协调畴变会产生内应力,电场和应力场对环境断裂存在耦合作用,因此,恒电场下环境断裂的本质是内应力引起的环境断裂；对磁致伸缩材料如(ThDy)Fe_2,应力和磁场均能引起畴变,卸载压痕裂纹在湿空气中的滞后扩展以及恒磁场引起的滞后畴变及滞后开裂均能发生。第二部分是关于氢压裂纹(白点)的再认识。氢压裂纹形核前是一个内壁光滑的空腔,微裂纹从空腔壁产生,而后连接形成白点。白点断口和含白点试样的断口概念不同,对车轮钢,前者为准解理的穿晶断裂,和氢致滞后开裂断口相同,但后者则依赖断裂方式和试样厚度。钢中白点除了产生二次裂纹外,对各种断口形貌均没有影响。车轮钢的滞后断裂由原子氢引起,与白点无关。

“氢渗透与氢的检测”专题序言

氢是元素周期表中的第1号原子,半径小,质量轻。当有成分、温度或应力梯度存在时,具有高的扩散速率。钢中的氢原子除了在晶格点阵间隙位置处存在外,更多的是在晶体缺陷处富集,无应力时可导致氢致裂纹或氢损伤;有应力或承载服役状态下,容易在缺口处或其它应力或应变集中处富集。因此,即使钢中的平均氢含量仅有几个ppm甚至零点几ppm,也可导致高强钢塑性降低,甚至在完全没有塑性变形的情况下发生低应力脆断,即发生氢脆。也就是说,氢脆问题的本质是由氢在钢中的分布和局部富集而导致的机械性能劣化。钢的强度越高,氢脆敏感性就越大。因此随着高强钢的应用越来越多,钢的氢脆问题愈发为人们重视。了解氢的渗透行为和氢分布以及氢浓度的准确检测是更好地理解氢脆问题的重要前提。

纯Ni中氢致开裂的透射电镜原位观察

纯 Ｎｉ在透射电镜（ＴＥＭ）中原位拉伸时，裂纹尖端首先发射大量位错，平衡时形成无位错区，微裂纹在裂纹顶端连续形核或在无位错区中不连续形核，并且形核后将钝化成孔洞或缺口．利用特殊的恒位移加载台，可在ＴＥＭ中原位研究充氢前后恒位移试样裂尖位错组态的变化．结果表明，氢能促进位错的发射、增殖和运动 和未充氢纯Ｎｉ相比，充氢试样在更低的外应力下位错就会发射和运动，当氢促进的位错发射和运动到临界条件时就会使氢致裂纹形核、扩展，导致低应力脆断．

纳米晶铜膜的原位拉伸研究

用磁控溅射在醋酸纤维基片上获得纳米晶（２０～３０ｎｍ）铜膜，在透射电镜下原位拉伸的结果表明，在加载裂尖前存在由局部塑性变形引起的减薄带，微孔洞在减薄带中形核，导致主裂纹扩展的孔洞长大和连接过程也与局部塑性变形有关。

Ni_3Al+NiAl双相合金的氢致开裂过程研究

利用楔型张开加载(WOL)试样和带缺口的拉伸试样原位研究了Ni3Al+NiAl双相合金氢致裂纹形核扩展的过程,当试样中的氢浓度为Co＝12.6×10-4%时,氢致裂纹止裂门槛应力强度因子为KIH＝15.7 MPa·m1/2．裂纹扩展第二阶段速率为(da/dt)II=0.019mm/h,对氢浓度为Co=24.7×10－4%的试样,SEM下的原位拉伸表明,氢致裂纹形核的临界应力下降．氢致裂纹择优沿NiAl/Ni3Al相界形核、扩展;而未充氢试样的裂纹在NiAl基体中形核、扩展、导致解理开裂,任何裂纹的形核、扩展和NiAl中的滑移带无关,滑移带主要集中在Ni3Al相,它是裂纹扩展的障碍。

车轮钢中的白点及其断口形貌研究

研究了车轮钢中白点的形成过程,制备了白点(氢压裂纹)的真实断口,并与含白点试样的各种断口进行了对比．结果表明,先形成氢鼓泡,然后从鼓泡壁产生微裂纹,它们互相连接形成白点．白点断口和含白点试样的断口概念不同,前者为准解理, 与氢致滞后开裂断口相同;后者则依赖断裂方式和试样厚度．钢中白点除了产生二次裂纹外,对各种断口形貌均无影响．车轮钢的滞后断裂由原子氢引起,与白点无关．

原子氢和白点对车轮钢力学性能的影响

车轮钢中白点形成的临界可扩散氢浓度为(C_0~*=1．3×10^(-6)(总氢浓度C_T~*=3．7×10^(-6)),当白点数量超过临界值(对应的可扩散氢浓度C_0＞5．6×10^(-6)),则使强度和塑性急剧下降,但实际车轮中白点含量少(Co＜3．9×10^(-6)),对材料的拉伸性能和断裂韧性没有影响,原子氢对断裂韧性K_(IC)没有影响；但如慢拉伸,则使塑性下降,如恒位移加载,则原子氢能引起氢致滞后开裂,其门槛应力强度因子K_(IH)随C_0升高而线性下降,即K_(IH)=57．8—3．9C_0,但白点对氢致滞后开裂没有影响。

应力和夹杂对车轮钢中氢鼓泡的影响

车轮钢在恒应力下充氢表面出现氢鼓泡的临界电流和无应力试样相同,恒应力下临界可扩散氢浓度C_σ~*落在无应力试样的分散带内,t检验表明应力对C_0~*没有影响．恒应力下发生氢致滞后断裂的门槛电流密度和门槛可扩散氢浓度分别为i_(th)=3 mA/cm^2和C_(th)=0．52×10^(-6),远小于出现氢鼓泡的相应值i_c=5 mA/cm^2和C_0~*=1．18×10^(-6)．无应力时,氢鼓泡并不择优沿夹杂产生；但在恒应力下,氢鼓泡择优沿长条状夹杂形核,其临界可扩散氢浓度从1．18×10^(-6)降为0．56×10^(-6)．

MnS夹杂对钢中氢扩散行为的影响

通过实验和有限元计算研究了MnS夹杂对钢中氢扩散行为的影响.结果表明:当MnS夹杂长度取向与氢渗透方向平行时,氢在钢中的表观扩散系数随MnS含量的增加而增加;当MnS夹杂长度取向与氢渗透方向垂直时,氢在钢中的表观扩散系数随MnS含量的增加而降低.对于具有扩散通道效应和陷阱效应的第二相,它对氢扩散的影响取决于扩散通道效应和陷阱效应的强弱以及第二相的形状、数量和取向.

夹杂对氢鼓泡形成的影响

通过粘接低熔点合金后拉伸,可使纯铁表面氢鼓泡被剖开,露出内部断口形貌．扫描电镜观察和能谱分析表明,氨鼓泡是含H_2的空腔,大多数(88%)鼓泡核附近存在夹杂．这表明含H_2空腔择优在夹杂界面处形成,当鼓泡中氢压产生的应力超过原子键合力(有可能被氢降低)时,裂纹从鼓泡核壁形成,产生断裂花样,氢进入已开裂的鼓泡就使它通过裂纹扩展而不断长大,直至鼓泡破裂,内部氢压释放．

1500MPa级40CrNi3MoV钢的氢脆敏感性

通过慢应变速率拉伸实验研究了Si含量分别为0.25%和1.16%的1500 MPa级40CrNi3MoV钢的氢脆敏感性,即充氢后缺口试样抗拉强度下降率,冲击实验用来测试1 mA/cm^2电流密度下充氢后试样的断裂韧性值,分析氢致裂纹的扩展方式.结果表明,由于Si抑制回火过程中碳化物的形核和长大,高Si含量的40CrNi3MoV钢中回火析出的碳化物被细化且弥散分布,作为氢陷阱使氢分布均匀,抑制了氢向裂纹尖端扩散,高Si含量的40CrNi3MoV钢的氢脆敏感性较低.

恒应力下BaTiO_3单晶压痕裂纹的滞后扩展和畴变

原位研究了残余应力和外加应力导致 BaTiO_3单晶压痕裂纹在湿空气和水中的滞后扩展及畴变．结果表明：很小的外应力就可使压痕裂纹扩展,裂尖的应力场强度因子 K_1=0．242σ√c+0．0117d√YP/c^(3/2)．残余应力能使卸载压痕裂纹在湿空气和水中滞后扩展并使裂纹所围的畴变区增大．在水中外加恒应力,经过一定时间后畴变区先增大,然后才导致裂纹滞后扩展．

新型渗氮钢的力学性能及渗氮特性

采用真空感应炉冶炼了低铝和无铝新型渗氮钢,研究了不同温度回火后钢的显微组织和力学性能。结果表明,在1000MPa强度级别下,试验钢的韧性明显高于常用的渗氮钢38CrMoAl。渗氮试验表明,在相同渗氮条件下,无铝试验钢渗层深度大、低铝渗氮钢的渗层硬度高,试验钢都具有较优良的综合渗氮性能。

马氏体时效钢的强韧化设计

马氏体时效钢是用途最为广泛的超高强度钢,其强韧化设计是研究的主要内容。在回顾超高强度钢至马氏体时效钢的强韧化发展历程和总结马氏体时效钢的强韧化元素的作用与强韧化机制的基础上,提出了一些马氏体时效钢的强韧化设计原理,并对马氏体时效钢未来的强韧化设计进行了展望。

连铸温度和低倍组织对轮箍钢氢致开裂的影响

研究了轮箍钢低倍组织和连铸温度对白点敏感性、断裂韧性的影响．结果表明,连铸温度对白点敏感性有影响,低温铸坯(尾坯)的白点敏感性略高于高温铸坯(头坯)．低倍组织对白点敏感性影响显著,柱状晶区的白点敏感性最低,等轴晶区的白点敏感性最高．但是,低倍组织和连铸温度对氢扩散和条件断裂韧性K_(IQ)均没有影响．