延遲斷裂概述

   延遲斷裂，是指材料在靜止應(yīng)力的作用下，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后突然發(fā)生脆性破壞的一種現(xiàn)象，它是材料、環(huán)境和應(yīng)力相互作用的結(jié)果，是氫致材質(zhì)惡化的一種形態(tài)。

   延遲斷裂現(xiàn)象的產(chǎn)生，是由于材料內(nèi)部的氫向應(yīng)力集中的部位擴(kuò)散聚集，這些應(yīng)力集中的部位往往缺陷較多(原子點(diǎn)陣錯(cuò)位、空穴等)，氫擴(kuò)散到這些缺陷處，氫離子合成氫原子，氫原子進(jìn)一步合成氫分子，將產(chǎn)生巨大的壓力，這個(gè)壓力與材料內(nèi)部的殘余應(yīng)力以及材料服役狀態(tài)下所承受的外加應(yīng)力，形成一個(gè)合力，當(dāng)這個(gè)合力超過(guò)材料的屈服強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致斷裂的發(fā)生。

   由于延遲斷裂常常在材料所承受的外加應(yīng)力水平顯著低于其屈服強(qiáng)度時(shí)突然發(fā)生，具有不可預(yù)知性，因此往往導(dǎo)致較為嚴(yán)重的破壞后果。

延遲斷裂的源起

   1940年代，延遲斷裂是指玻璃等脆性材料的滯后斷裂現(xiàn)象，1950年代以后，隨著航空用鍍鎘高強(qiáng)度螺栓的延遲斷裂事件的發(fā)生，高強(qiáng)度材料的延遲斷裂問(wèn)題逐漸受到各方的高度重視。

         高強(qiáng)度螺栓延遲斷裂的主要原因，是由于高強(qiáng)度螺栓屬于缺口件，且在使用過(guò)程中長(zhǎng)期受力，螺紋根部易于發(fā)生應(yīng)力集中，另一方面，螺栓生產(chǎn)過(guò)程中的鍍膜、酸洗、電鍍等處理工藝，以及服役環(huán)境中的腐蝕反應(yīng)等均會(huì)引入氫向材料內(nèi)部的侵入。

延遲斷裂現(xiàn)象大體上可分為以下兩類：

   第一類主要是由于在長(zhǎng)期暴露過(guò)程中發(fā)生腐蝕，腐蝕坑處腐蝕反應(yīng)的氫侵入而引起的延遲斷裂。如橋梁等方面使用的螺栓，在潮濕空氣、雨水等環(huán)境中長(zhǎng)期暴露而發(fā)生延遲斷裂。   

    第二類是酸洗、電鍍處理等制造過(guò)程中侵入鋼中的氫（內(nèi)氫）在應(yīng)力作用下向應(yīng)力集中處富集引起的延遲斷裂。如電鍍螺栓等在加載后，經(jīng)過(guò)幾個(gè)小時(shí)或幾天的較短時(shí)間后而發(fā)生延遲斷裂。

延遲斷裂的應(yīng)對(duì)措施

   金屬材料的延遲斷裂行為是在材料、環(huán)境和應(yīng)力三者共同作用下發(fā)生的，與材料的特性以及受力狀態(tài)、服役環(huán)境密切相關(guān)。

   提高材料自身抗氫性能是改善高強(qiáng)鋼延遲斷裂敏感性的根本措施。例如通過(guò)微合金化細(xì)化晶粒 尺寸，降低擴(kuò)散氫在晶間的富集，通過(guò)工藝控制及添加合金元素等措施降低原奧氏體晶粒尺寸，同時(shí)減少晶界偏析，提高晶界結(jié)合強(qiáng)度等。

   同時(shí)，研究用戶使用技術(shù)對(duì)延遲斷裂的影響與規(guī)律，也是預(yù)防延遲斷裂的重要手段和措施。

   已有車廠和鋼廠聯(lián)合開展了汽車全生命周期中延遲斷裂影響因素研究，獲得了從鋼板制造、成形、焊接、涂裝、服役各加工制造環(huán)節(jié)中鋼板氫濃度及應(yīng)力的變化情況，并針對(duì)各工序流程建立了延遲斷裂評(píng)價(jià)方法。

延遲斷裂的評(píng)價(jià)方法

   對(duì)材料延遲斷裂性能的評(píng)價(jià)方法有很多，但目前尚未形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法。現(xiàn)有的試驗(yàn)方法主要包括恒載荷延遲斷裂實(shí)驗(yàn)法，恒應(yīng)變延遲斷裂試驗(yàn)，慢應(yīng)變速率試驗(yàn)，斷裂力學(xué)試驗(yàn)法，汽車廠通常采用的評(píng)價(jià)方法包括U形彎曲試驗(yàn)法，拉伸試驗(yàn)法。

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