Глава 4. Индуцированные водородом холодные трещииы

оооо оо оо ооооо ооооо

ооооо

і-1 кг6. 10~5мм і-1 10"* мм

10 мм

Рис. 4.13. Геометрическая классификация процессов разрушения металла: 1— элементарный дефект в кристаллической решетке (дислокация); 2 — зародышевая микротрещина (субмикротрешина); 3 — критическая микро-трещина; 4— микротрещина в зерне металла; 5— макротрещина; 6— трещина в конструкции [60]

Таким образом, при рассмотрении водородного охрупчива-ния внимание было сосредоточено на главном звене механизма разрушения — поведении в присутствии водорода зародышевой микротрещины, возникающей в процессе деформации. Такой подход был реализован в работах [55—58].

Модель разрушения с участием водорода. При постулировании физической модели ВХ начальными были такие условия, кристаллическая решетка стали кубическая объемно центрированная; зе-ренная структура стали однородная при отсутствии второй фазы; массовая доля растворенного нодорода не превышает 0,0010 % ( порядка 10 см3 / 100 г металла); отсутствуют необратимые ловушки водорода (поры, трещины, межфазные границы); растворенный водород заполняет обратимые ловушки — дислокации.

Схема на рис. 4.13 иллюстрирует масштабную классификацию дефектов в металлах. На всех уровнях рассматривается один и тот же объект — трещина. Однако ее поведение под нагрузкой оказывается совершенно разным и зависит от масштаба явления.

При анализе охрупчивающего влияния водорода учитывались такие экспериментально установленные факты: 1) сильное влия-

4.6. Природа водородной хрупкости

Поверхность

Обратимая подвижная ловуш ка

Решетка Обратимая (дислокация)Необратимые ловушки

Е,

Рис-4.14. Схема энергетического рельефа с водородными ловушками различной глубины £,.£5

ние следовых примесей водорода, что указывает на локальность его действия; 2) зависимость степени охрупчивания от скорости деформации, что свидетельствует о важной роли транспортировки водорода к месту локального действия; 3) обратимость эффекта, означающая отсутствие каких-либо структурных изменений в металле под влиянием водорода; 4) интенсивная эмиссия вторичных отрицательных ионов Не наводороженного образца, обнаруженная экспериментально |55[ и подтверждающая представление о локализации отрицательного заряда на поверхности зародышевой микротрешины.

Общая картина влияния водорода на процесс разрушения была представлена так.

Подготовительная стадия процесса водородного охрупчивания включает в себя растворение атомов водорода в объеме металла, захват их ловушками, в том числе дислокациями (рис. 4.14).

При типичных для обратимой ВХ концентрациях водорода и в отсутствие необратимых ловушек (нор, трещин, межфазных границ) растворенный в металле водород вероятнее всего находится в основном в обратимых ловушках — дислокациях. С началом пластической деформации водород, обладающий аномально высоким коэффициентом диффузии в железе, легко транспортируется движущимися дислокациями к месту зарождения микротрещины.

323