弹簧氢脆的机理

　　关于弹簧氢脆的机理有多种学派:氢吸附理论,压力膨胀理论,氢与位错的交互作用理论,晶格脆化理论,氢化物或富氢相析出理论,氢助弹簧断裂(HAC)理论等。每一学派都有一定的实验根据,都能解释某些弹簧氢脆现象。

　　1952年N.T.佩奇（N.T.Petch）和P.斯特布尔斯（P.Stabls）提出了领吸附理论。该理论认为,由丁气吸附丁毅纹的尖端,使金属的表面能，降低,根据恪里菲斯理论,金属的弹簧断裂强度 σ正比于γ,随着表面能 γ 的降低,弹簧断裂强度 Ge 也降低,所以引起材料脆化。N.T.佩奇等人认为,裂纹表面由于吸附了氢原子,降低了表面能。当裂纹尖端处于阴极状态时,由于阴极反应,产生人量的氢原子,根据弹簧断裂力学的观点,处于高应力裂纹尖端的表面,将有效地促使氢原了的表面吸附。

　　氢压力影胀理论是出C 扎普尔(C.Zapfie)在 1947年提出的。氢压力理论认为,氢原子在应力作用下向材料内部的气孔、空穴、嵌镶结构、位错等缺陷处偏聚,并且结合成氢分子,在微孔内造成很大压力(可达 9.81 x 10°MPa)。内压力与材料的内应力或外加应力迭加,将使裂纹扩展,导致开裂。由于高压受氢原子扩散速度控制,因此裂纹的扩展受氢在材料中的扩散能力所决定。温度较低时,弹簧氢脆缓慢,甚至停止。氢压力膨胀理论较好的解释了鱼眼型白点的形成机理。材料受到足够大拉应力时,将在气孔与基体界面处或在夹杂物与基体界而处或夹杂物本身产生显微裂纹,氢原于向裂纹处偏案,结合成氯分子,产生豆大压力。在外加拉应力作用下,爆炸成局部脆断区,在断口上显示出以气孔或夹杂物为核心的鱼眼型白点。

　　氢与位错的交互作用理论认为。聚集在缺口或缓纹前缘三向应力区的复原子与位错交互作用,使位错被钉扎,不能自由运动，造成局部硬化，基体在外力作用下，不能通过塑性变形使向力松弛，只能以形成裂纹方式释放能量。裂纹进人筑氢区后位储运动恢复自由，可通过塑性变形松弛应力，裂纹停止长大。待裂纹前端气浓度达临界值时，裂纹重新长大，直至最终断袭。

　　1960年A民.特罗亚诺(A.K. Troiano)提出了品格脆化理论。他认为，在品养、相界上偏聚的高浓度固溶复降低了金属品格巾原子间的结合力。当局部地区的张应力大干被氡低了的原子间结合力时，破坏了原子间的结合力，便发生脆悦断袭。

　　1969年D.G.韦斯待菜卡(D.G.Westleka)等人对 Z-H,Nb-H,V-H等合金氢化物引起的腕化进行了研究后，捉出了氢化物或富氨相析出理论，含氢的金属材料，只有当氢化物或富氢沉淀相忻出时，才引起材料的塑性降低，没生隐化现象。1972牛C.D.比奇姆(C.D.Bcachcm)提出了氢助弹簧断裂理论。他认为，裂纹前端的塑变得度取决于应力强度冈子K和氢的侬度。当K足够大氢浓度足够高时，裂纹前端有较大塑性变形区。若K较小，将发生准解理或沿晶弹簧断裂。