和扩展情况和开路时相同。阳极极化时，也和开路时一样，但某些试样在塑性区端点形成裂 纹的同时，主裂纹沿弹塑性边界逐渐推进。这表明仅仅根据极化对裂纹扩展速的影响米推 论裂纹扩展机构也是有困难的。我们将在另一篇文章中详细介绍这方面的实验结果。 7.电解充氢和干氢气氛中裂纹扩展情况 30 CrMn SiNi:A(ab=160公斤/毫米2,6-5号)和I40 CrNi MoA(gb=143公斤/花 米2,40-7号)试样电解充氢后疲劳，金相观察表明，裂纹扩展情况和水介质中应力腐蚀裂 纹扩展完全类似。如图14是低强度40 CrNiMo A钢在充氢后裂纹扩展的跟踪照片，加载后 1.5h裂纹前端塑性开始增大，同时主裂纹沿变形量更大的塑性区边界向前推进（图14-2）。 在扩展裂纹前端也往往有小的次生塑性区（图14-5）。 高强度30 CrMnSiNi2A钢在干氢气氛中，裂纹也以不连续的方式光在塑性区瑞点产生 然后主裂纹再穿过塑性区和它相连，这也和水介质中的情况完金一样。我们将在另一篇文章 中详细报导这些实验结果。 三、结果讨论 我们的实验表明：当裂纹前端K,小于临界值(K1scc)时，在水介质中塑性区不会长 大，裂纹也不会扩展（如40 CrNiMoA,K1o=121公斤/毫米312，在水中经500小时塑性 区仍不改变，裂纹也不扩展)。如果K,大于临界值，但不放入中，塑性区也不会扩根（如 40 CrNiMoA,K1o=325公斤/毫米3,2，在干噪器中放置750小时塑性区仍不变)。实验 也表明，当材料强度低于某一临界值（如30 CrMnSiNi2A o。≤110公斤/毫米2,40CrNi MoA,σ。≤120公斤/毫米2)时，即使加足够大的K1,在水中塑性区也不会改变，裂纹不 扩展。 如果材料强度大于临界值，初始K:也大于临界值K1scc(对缺口试样，则K1必须大于 K1scc(P)〔20)。则在水介质中裂纹前端塑性区将随时间逐渐增大，塑性区中变形量也逐 渐增大。当它们达到某一临界状态时，腐蚀裂纹就开始形成或扩展。这就是说，不论是超高 强钢或高强度钢，水介质中应力腐蚀裂纹的扩展是和这种“滞后”塑性变形密切有关的。考 虑到水介质中裂纹扩展情况和电解充氢及干氢气氛中完金相同（比较图5、8和14可知），因 此可以认为，裂纹前端滞后塑性变形的产生（从而导致裂纹形成和扩展）必需要有三个条件， 即：①材料强度大于某一临界值；②裂纹或缺口前端K:大于临界值，即要有足够大的集中 应力；③要有原子氢广散进入裂纹尖端。 在电解充氢（或干氢）条件下，试样内部原来有氢，加载后在袈纹游瑞端：三向应力作用 下，氢浓集在裂纹尖端。在水介质应力腐蚀条件下，可认为原子氢是由电化学作用产生的。 这时整个裂纹表面是极，铁溶解，结体中火杂或第二相构成阴极，在此处产生原子氢，作 裂纹尖端三向应力诱导下，扩散加速，浓集在裂纹尖端。这也表明在水介质应力腐蚀条件 下，不论强度级别高低，阴极反应总是放氢过程。 在水介质应力腐蚀，电介充氢以及予氢裂纹扩展的金相观察技则：盆逃入裂纹尖端在 力学条件（下！大于临界值）和料强度条件言近时就能产生滞后塑性变形，氢能使位什 形核、增殖或重新运动。可}子显澈镜观密也表明，氯的吸附将促进位捐形核〔22〕。虫然这 个过程的详细机构尚不清楚。恨据低碳树充氢扭转试样〔15)以及拉伸试〔23)屈服应力下降 的事实，一种可能的机构是氢通过吸附作用使缨文尖端同部地区位错形核、增殖的临界分切 151
和扩 展情 况 和开路时 相同 。 阳 极极 化时 ， 也和开路时一 样 ， 但某些试 样在塑 性 区端点形 成裂 纹 的同时 ， 主裂 纹 沿弹塑 性边 界逐渐推 进 。 这 表 明仅仅 根据极 化对裂 纹扩展速 率 的影 响来 推 论裂 纹扩 展机构 也是 有困难 的 。 我 们将在 另一 篇文 章 中详细介绍这方 面 的实验结 果 。 电解 充氢和干氢气氛 中裂 纹扩展 情况 。 公斤 毫 米 “ ， 一 号 和 公 斤 毫 米 ， 一 号 试 样 电解充 氢 后 疲劳 ， 金 相 观察表 明 ， 裂纹扩 展情 况 和水介质 中应力腐蚀裂 纹扩展完全类似 。 如 图 是 低 强度 钢 在充氢后 裂纹 扩 展 的跟踪 照片 ， 加载后 裂 纹前端塑 性开 始 增大 ， 同时 主裂 纹 沿 变形量 更大 的塑 性区边 界向前推 进 图 一 。 在扩 展裂 纹前端 也往往 有小 的次 生塑 性区 图 一 。 高强 度 钢 在干 氢 气 氛 中 ， 裂纹 也以 不 连续 的方式先在塑 性区端 饭产生 然后 主裂 纹再 穿过 塑 性区和它 相连 ， 这 也和水介质 中的情 况 完全一 样 。 我 们将在 另一 篇文 章 中详细报导 这些实验结果 。 三 、 结 果 讨 论 我 们的实验 表 明 当裂纹前端 小于 临界值 。 。 时 ， 在水 介质 中塑 性区不 会 长 大 ， 裂纹 也不 会扩 展 如 ， 。 公斤 毫 米 “ ‘ “ ， 在水 中经 小时 塑 性 区仍不 改变 ， 裂 纹 也不扩 展 。 如果 大于 临界值 ， 但不 放入 中 ， 塑 性区也不 会扩 展 如 ， 。 二 公 斤 毫 米 “ ‘ ， 在干 噪 器 中放 置 小时 塑 性 区仍不 变 。 实验 也表 明 ， 当材料 强度低 于某一 临界值 以一 。 三 公 斤 毫米 “ ， ， 。 三 公斤 毫 米 时 ， 即使 加足够大 的 ，， 在水 中塑 性区 也不 会改变 ， 裂 纹 不 扩 展 。 如 果 材料 强 度 大于 临界值 ， 初 始 也大于 临界值 ， 。 对缺 口 试样 ， 则 ，必须 大于 。 。 〔 〕 。 则 在水 介质 中裂 纹前端塑 性区将随 时 间逐 渐 增大 ， 塑 性区 中变 形量 也逐 渐 增大 。 当它 们达 到某一 临界状 态时 ， 腐蚀 裂 纹就开 始 形 成或扩 展 。 这就是 说 ， 不 论是 超 高 强 钢或高强 度 钢 ， 水 介质 中应力腐蚀 裂纹 的扩 展是 和这种 “ 滞后 ” 塑 性变形 密切 有关 的 。 考 虑 到水 介质 中裂 纹扩 展情 况 和 电解充 氢及干 氢气氛 中完 全相 同 比 较 图 、 和 可知 ， 因 此可 以 认为 ， 裂 纹前端滞后 塑 性变 形 的产生 从而 导致裂纹 形成 和扩 展 必 需要 有三 个条件 ， 即 ①材料 强 度大于某一 临界值 ②裂纹 或缺 口 前 端 大 于 临 界值 ， 即 要有足够 大 的集 中 应 力 ③ 要有原 子氢扩 散进 入 裂 纹 尖端 。 在 电解充氢 或干 氢 条件 下 ， 试 样 内部 原 来 有氢 ， 加载后 在裂 纹 前端 二二 向应 力 作用 下 ， 氢 浓集 在裂坟尖端 。 在水 介质应 力腐蚀 条件下 ， 飞 认 为原子 氢是 由 电化学作 用 产 生 的 。 这时 整个裂纹表面 是 阳极 ， 铁 溶解 ， 从 体 中夹杂或 第二相 构 成阴 极 ， 在此 处产生 原 子氢 ， 在 裂纹尖端三 向 应 力诱 导下 ， 扩 散加速 ， 浓集在裂纹 尖端 。 这 也表 明在 水 介质 应 力腐蚀 条件 下 ， 不 论强 度级 别高低 ， 阴 极反应 总是 放 氢过 程 。 在水介质 应 力腐蚀 ， 电介充 氢 以 及干 氢 ， ，裂纹扩 展 的 金相 观察 表 明 氢进 入 裂纹 尖端 在 力 学条件 天 大 一 于临 界值 材 料强 度 条件 台适 卜哮就 能产 生 滞后 塑 性变 形 ， 即 氢能 使 位 补肠 形核 、 增 殖或重新 运 功 。 场 门 显 微镜 观 察 也表 明 ， 氢的吸 附将 促进 位 一 吕形核 〔 〕 。 级然 这 个 过 程的详细 机 构 尚不 清 楚 。 限据 低 碳 钢充 氢 扭 转试 样 〔 以 及 拉伸试 样 〔 〕屈服应 力下 降 的事实 ， 一 种 一 可能 的机构是 氢 通过 吸 附作川使 裂坟 尖端局 部地 区位错形核 、 绍 殖的临界分 切
应力下降，从而在裂纹尖端集中应力作用下位错开始增殖和运动，产生滞后变形。很能氢 使临界分切应力下降的作用和材料强度级别有关。当强度较低时，作用不明显，从而即使裂 纹尖端应力足够大(K1。足够大)也不会产生滞后塑性变形（裂纹也不扩展）。当强度提高 时，氢使位错增殖和运动的临界分切应力下降作用比较明显，从而在裂纹尖端三向应力作用 下，产生滞后变形，当塑性区中变形量大到一定程度时就导致裂纹扩展。如强度更高，下除 作用更明显，塑性变形发展很快，在主裂纹扩展之前塑性区先闭合，在塑性区端点应力及其 三向性最大〔22)，氢在三向应力作用下诱导扩散使塑性区端点氢浓度最大。在该处应力也最 大，从而首先形成裂纹。以后随塑性区中变形量的增大原裂纹逐渐向前扩展并和塑性区端点 的裂纹相连。考虑到氢可能择优吸附在原始奥氏体晶界，氢沿晶界扩散更快以及使晶界断裂 所需的变形量可能更小，因此裂纹往往沿奥氏体晶界扩展，强度级别越高，这个倾向越明 显。 材料强度级别改变，塑性区形貌以及裂纹扩展方式也发生改变，但阴极放氢，氢进入裂 纹尖端产生滞后塑性变形从而导致裂纹形成和扩展的本质却並没有改变。对低强度材料，虽 然裂纹沿弹塑性边界连续扩展，也不能认为阳极溶解过程起控制作用。因为比较图4和图14 可以看到，在水介质中和电解充氢时裂纹都沿弹塑性边界扩展，形貌也一样，而在电解充氢 时是不存在阳极溶解过程的。只能认为在这两种情况下裂纹扩展的机构都是和氢致塑性变形 有关的。 四、结 论 1.超高强度钢(o≥160公斤/毫米2的30 CrMn SiNi2A,0b-160公T/笔米的 ZG-18铸钢)水介质应力腐蚀时，製纹前端塑性区逐渐增人，闭合在其端.点首先形成裂 纹，以后随塑性区中变形量增大主裂纹逐渐扩展并和新裂纹相连。 2.对强度级别较低的钢（σb<138公斤/毫米的30 CrMnSiNi2A以及40 CrNiMo, 30 CrMnSiA)应力腐蚀时塑性区逐渐增大但不闭合，随塑性区中变形量增大，主裂纹 沿弹塑性边界逐渐扩展。当强度级别中等时，裂纹扩展是上述两种情况的混合。当强度级别 低于某一临界值时，塑性区不变化，裂纹也不扩展。 3.裂纹微观扩展情况和a-t曲线的连续性并不应，因此仪由a-t曲线来推论裂纹扩技 机构是有问题的。 4.阳极极化和阴极极化对裂纹产生和扩展的机构没有影响 5.在电解充氢和干氢中裂纹前端塑性区扩展情况以及裂纹形成和扩展情况和水介质中 完金类似。由此可知裂纹前端的滞后塑性变形是由氢引起的，正是这种塑性变形导仪了裂纹 的形成和扩展。 6.不同钢种，不同强度级别在水介质中的应力腐蚀机构本质都是一样的，即裂纹尖端 电化学作用是阴极放氢过程，在力学条件(K:大于K1scc)和材料强度条件合适时，氢扩 散进入裂纹尖端导致滞后塑性变形，随塑性区以及塑性变形量的增大，裂纹形成并扩股。 ※ ※ ※ 屠、姚玉琴、金铮等同志协助进行了金相及断口分析工作，林实、王枨等同志提出了 很多宝贵意见，特此致谢。 132
应 力下降 ， 从而在 裂纹 尖端集中应 力作用下 位错开 始 增殖 和运 动 ， 产 生 滞后 变 形 。 很可 能 氢 使 临界分 切应力下 降的作用 和材料强 度 级 别有关 。 当强 度较低时 ， 作 用不 明显 ， 从而 即使 裂 纹 尖端应 力足够 大 。 足够 大 也不 会产生 滞后 塑 性变形 裂 纹 也不 扩展 。 当强 度提 高 时 ， 氢使 位错增 殖和运 动 的临界分切 应 力下 降作用 比 较 明显 ， 从而在裂纹尖端三向应 力作 用 下 ， 产生滞后 变形 ， 当塑 性 区 中变形量 大到一 定 程 度时 就 导致 裂纹扩 展 。 如 强 度 更 高 ， 下 降 作用 更 明显 ， 塑 性变形发展很快 ， 在 主裂 纹扩 展 之前塑 性区先 闭合 ， 在塑 性 区端 点应 力 及 其 三 向性最 大〔 〕 ， 氢在三 向应力 作 用下诱导扩 散使 塑 性 区端点 氢 浓度最大 。 在 该处应 力也最 大 ， 从而首先 形成裂 纹 。 以后 随塑 性 区 中变形量 的 增大原裂纹逐渐 向前扩 展 并和塑 性 区端点 的裂 纹相 连 。 考虑 到氢可 能 择 优吸 附在原 始奥 氏体 晶界 ， 氢 沿 晶界扩 散 更 快 以 及使 晶界断裂 所 需的 变形 量可能 更 小 ， 因此裂 纹往 往 沿奥氏 体 晶界扩展 ， 强 度 级 别越 高 ， 这个 倾 向越 明 显 。 材料 强 度级 别改变 ， 塑 性 区形 貌以 及 裂 纹扩 展方式 一 也发生 改 变 ， 但阴极放氢 ， 氢进入裂 纹 尖端产 生滞后塑 性 变形从而导致裂 纹 形 成和扩 展 的本质却 业 没 有改 变 。 对 低 强 度材料 ， 虽 然 裂纹 沿弹塑 性边 界连续扩 展 ， 也不 能 认为 阳极溶解过 程起控 制作 用 。 因为 比 较 图 和 图 可 以 看 到 ， 在水介质 中和 电解充 氢时裂 纹都 沿弹塑 性边 界扩 展 ， 形 貌也一 样 ， 而 在 电解充 氢 时 是不存在 阳极 溶解过 程 的 。 只 能 认 为 在这 两种 情 况下裂 纹扩 展 的机 构都 是 和 氢 致塑 性变形 有关的 。 四 、 结 论 超 高强 度 钢 全 公斤 毫 米 “ 的 人 一 ， 。 二 公 斤 笔 米 “ 的 一 铸 钢 水 介质应 力腐蚀 时 ， 裂 纹 前端塑 性 区逐渐 增大 ， 闭合后 在 其端 从首先 形成裂 纹 ， 以 后 随 塑 性区 中变形量 增大 主裂 纹逐 渐扩 展 并和 新裂 纹 相连 。 对 强 度级 别较低 的钢 。 公 斤 毫 米 “ 的 以 及 ， 应 力腐 蚀时 塑 性 区 逐 渐 增大但不 闭合净 随 塑 性区 中变形 量 增大 ， 主裂 纹 沿弹塑 性边 界逐渐扩 展 。 当强 度级 别 中等时 ， 裂 纹扩 展 是 上述 两种 情 况的混合 。 当强度级 别 低 于某一 临界值 时 ， 塑 性 区不 变 化 ， 裂 纹 也不 扩 展 。 裂 纹 微 观扩 展情 况 和 一 曲线 的连 续性 并不 与 应 ， 因此 仅 由 一 曲线来推 论裂 纹扩 展 湘 构是 有问题 的 。 阳 极极 化和 阴 极 极 化对裂 纹产生 和扩 展 的机构 没 有影 响 在 电解充 氢 和 干 氢 中裂 纹前端塑 性 区扩 展情 况 以 及裂 纹 形 成和 扩展情 况 私 水介质 中 完 全类 似 。 由此 可 知 裂纹前端 的滞后 塑 性变 形是 由氢 引起 的 ， 正 是 这种塑 性 变形导致 了裂 纹 的形 成 和扩 展 。 不 同钢种 ， 不 同强 度级 别在水 介质 中的应 力腐蚀机 构本质都是一 样的 ， 即裂 纹尖端 电化学作用是阴 极放 氢过 程 ， 在力 学条 件 大于 。 和材料 强度 条伶合 适时 ， 氢扩 散进入 裂 纹 尖端 导 致滞后 塑 性变 形 ， 随塑 性 区 以 及塑 性变形量 的增大 ， 裂 纹 形 成并扩 展 。 滚 滚 浓 屠健 、 姚 玉 琴 、 金 铮等 同 志协 助进 行 了金 相及 断 分析 仁作 ， 林 实 、 王 根 等同 志提 出 了 很 多宝 贵意见 ， 特此 致谢