Ti－24Al－11Nb金属间化合物的氢致滞后开裂

Ｔｉ－２４Ａｌ－１１Ｎｂ金属间化合物的氢致滞后开裂张跃，王忆，王燕斌，褚武扬，肖纪美（北京科技大学北京１０００８３）１引言复相金属间化合物Ｔｉ－２４ＡＬｌｌＮｂ合金是一种重要的新型高温结构材料，已被美国宇航局用作为新一代宇航飞机的发动机材料及结构件．...

超高强度热冲压用钢中H的扩散与氢致滞后开裂行为

采用阴极充H、恒载荷拉伸和电化学H渗透等试验方法,研究了超高强度钢22MnB5Nb的H扩散行为及氢致滞后开裂性能,并与常用热冲压钢22MnB5进行了对比。结果表明,H在22MnB5Nb钢中的扩散系数为3.02×10-7 cm2/s,显著低于22MnB5钢;与22MnB5钢相比,22MnB5Nb钢具有较好的耐氢致滞后开裂性能;这是由于22MnB5Nb钢晶粒较细小,增加了晶界的有效面积,使H陷阱分布更均匀,进而抑制H向裂纹尖端扩展,避免了局部H的富集。

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。

贝氏体车轮钢的氢脆敏感性

用电解充氢试验方法研究了可扩散氢浓度对贝氏体车轮钢慢拉伸性能及氢致滞后开裂性能的影响,并与普通珠光体-铁素体车轮钢进行了对比。结果表明,在相同慢拉伸条件下,贝氏体车轮钢材料的塑性损失高于珠光体-铁素体车轮钢;在相同的充氢条件下,贝氏体车轮钢氢致开裂门槛应力强度因子相对于断裂韧性值的降低程度明显高于珠光体-铁素体车轮钢,具有较高的氢致开裂敏感性。

渗碳齿轮辐板开裂失效分析

采用发射光谱仪、扫描电镜等设备对延迟开裂齿轮进行解剖失效分析;齿轮基体存在冶金斑点状偏析及氢致沿晶开裂是导致失效的主要原因。

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．

车轮钢中的白点(一)

研究了车轮钢中白点形成的机理以及白点对断口形貌的影响。结果表明,氢和空位聚集导致鼓泡形核和长大,随着鼓泡内氢气压力的升高,裂纹从鼓泡核壁形核、扩展导致白点形成。白点的断口为准解理,和氢致滞后开裂断口相同,含白点试样的断口形貌依赖于断裂方式和试样厚度。钢中的白点除了产生二次裂纹和局部准解理断面外,对各种断口形貌均没有明显的影响。

车轮钢中的白点(二)

研究了车轮钢中白点对力学性能的影响。结果表明,当白点含量少且尺寸较小时,对拉伸性能没有影响,但使冲击韧性明显下降;当白点含量较多或尺寸较大时,使拉伸性能下降,但对断裂韧性没有影响。钢中的白点能增加疲劳扩展速率并使扩展速率发生波动。氢致滞后开裂与白点无关,而与氢原子有关。

TiAl的氢化物脆和滞后断裂机理

Ti5 0Al存在两类氢脆 ,即氢化物引起的脆性以及原子氢引起的滞后断裂 .室温时TiAl中的氢全部变为氢化物 ,当氢浓度较低时为 (TiAl)Hx;当氢浓度很高时将生成多种氢化物 .随氢化物含量升高 ,KⅠC下降 ,即显示氢化物脆 .表面镀Ni P避免阴极腐蚀后预充氢使氢化物饱和 ,然后加载充氢 ,进入的原子氢通过扩散、富集后能导致滞后断裂 .动态充氢使断裂临界应力强度因子下降约 5 0 % ,其中 2 0 %归因于氢化物 ,而 3 0 %则归因于原子氢 .TiAl氢化物脆的本质和任何第 2相引起的脆性相同 .原子氢引起的滞后断裂则是氢促进局部塑性变形 ,局部应力集中等于被氢降低了的原子键合力 ,从而引起氢致裂纹形核、扩展的结果 .

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。

60Si2Mn弹簧扁钢端部裂纹形成机制及预防

采用宏观及微观断口分析、金相检测、升温脱氢分析试验和电化学充氢模拟试验等方法,对弹簧扁钢60Si2Mn端部裂纹的形成机制进行了研究。结果表明:弹簧扁钢60Si2Mn裂纹附近的显微组织没有明显的差异,电化学充氢前后的断口形貌均表现出解理、准解理的特征;未完全扩散出去的氢原子在缺陷区聚集导致材料内部的氢浓度偏高,这是引起弹簧扁钢60Si2Mn在剪切后的堆垛储存中,诱发端部剪切裂纹的主要原因。建议生产过程中,对剪切后的弹簧扁钢60Si2Mn进行缓冷处理,从而为钢材中氢原子的释放提供有利的条件,避免裂纹的产生。