氢致开裂机理

类似于式(4-14)， 氢致开裂HIC可以表述为：

顾名思义，即氢导致材料的开裂叫做HIC。在下面，分概念及机理两部分，论述这个命题。

氢致开裂概念

（1）在应力腐蚀系统中，阳极反应和阴极反应通过电子的耦合，是一对相互依存的共轭过程。因而阴极析氢与阳极溶解是并存的，没有阳极溶解，便不会有阴极析氢。氢致开裂机理是指阴极反应所析出的氢原子进人金属之后，对断裂起了主要作用。

由于金属中的氢有其他各种来源，因而应力腐蚀断裂(SCC)中的氢致开裂(HIC)机理，便是图4-3中的影线重叠区。这个重叠区的HIC与其他HIC的主要区别是氢的来源。

①SCC中的氢是从金属外部进人的，从外部进人金属中的氢还会引起氢腐蚀，即高温高压氢气引起的开裂或断裂现象。若腐蚀介质不限于水溶液，则氢腐蚀也是一种应力腐蚀，这种应力腐蚀的腐蚀介质为高温氢气，而应力则来源丁氢气的压力。

②SCC中的氢是连续供应的，因而金属中的氢量是继续增加的；而内氢是在工艺过程中引进的，其含量是固定的。

③SCC中的氢有一个能否进人金属的问题，而内氢则已存在于金涠内部。

④内氢在宏观上是均匀的，而SCC引起的氢，从表面到内部有一个浓度梯度，氢在金属中的扩散系数愈小，则这个旅度梯度愈大。在分析内氢及外氢引起金属开裂，即HIC问题时，要注意上述四点区别。

（2）命名“氢致开裂”又叫做“氢脆"。实质上，它们是相关而不全等的概念。顾名思义，氢脆是氢引起的脆性。但是，用冲击韧性却反映不出氢脆，因而使用“氢脆"，在工程界，有时易于引起误会。若对脆性有较全面的理解，则可免除这种误会。

韧性是脆性的反义词，提高韧性，则可降低脆性。在材料的力学性能中，对应于给定临界条件(例如断裂)的应力、应变和应变能，便分别有材料的强度、塑性和韧性。换句话说，以断裂为临界条件，则强度是抵抗断裂的能力，对应于断裂时的应力，塑性表示断裂时的变形程度，对应于断裂时的应变，而韧性是材料从塑性变形到断裂全过程中所吸收的能量，对应于应变能。

韧性是强度和塑性的综合表现，它的量纲是能量：对于光滑试样，采用真实应力-真实应变曲线下从塑性变形到断裂的面积(单位体积的能量)大小，来表示韧性的高低；对于缺口试样，冲击韧性(αk,Cv等)是冲断缺口下单位面积所消耗的能量；对于裂纹试样的KIC，换算成的GIC,便是平面应变条件下裂纹扩展单位面积所需的能量。当强度不变或变化很小时，用塑性的大小即可表征韧性的高低。

在一般情况下，氢引起的韧性下降，在高应变速度的冲击韧性中无法反映，而在缓慢拉伸或弯曲时可以显示。对于预先充氢的试样，可以采用光滑试样缓慢拉断时的截面收缩率ψH(一种塑性指标)来衡量氢脆敏感性、定义氢脆敏感系数I为：

式中，ψ0 为未充氢试样的截面收缩率。这时，σf 的变化很小，则塑性损失愈多，氢脆趋向愈大。

氢脆又曾称之为“ 滞后破坏”，因为破坏需要较长时间。但滞后破坏还有疲劳、蠕变等。氢脆又曾称为“静态疲劳”，因为它与疲劳曲线相似，断裂时间随着应力的降低而增加，不过载荷是静态的，而不是交变的。滞后破坏和静态疲劳并未表明只是由于氢引起的，因而命名不当。氢脆有时又扩大而称为“氢损伤”，则包括韧性降低、开裂或断裂,物理性能降级等更为广泛的现象。例如，SmCos 硬磁合金的磁性由于浸蚀吸氢而有显著的下降；有意地引人氢，可使SmCos的矫顽力下降一个数量级。剩余磁感下降约20%。又例如，奥氏体不锈钢充氢后，在0.5mol/LH2SO4，中的阳极极化曲线显著石移，溶液中合金元素的分析结果进一步肯定氢降低了耐蚀性。又例如，氢可降低稳定的奥氏体不锈钢的塑性,但可以不引起开裂。