Рис. 4.42. Влияние размера субмикротрешины на энергию, приходящуюся на единицу длины линии скольжения, в системе скопление дислокаций — субмикротрешина при нормальной поверхностной энергии (у0 = 2,0 Дж/м;) и внешнем напряжениии, а, МПа; / — 600, 2 — 700; 3 — 800; 4 — 940

Рис. 4.43. Влияние размера субмикротрешины на энергию, приходящуюся на единицу длины линии скольжения, в системе скопление дислокаций— субмикротрешина при уменьшенной под влиянием водорода поверхностной энергии (у = 1,6Дж/мг) и внешнем напряжении, а, МПа: /— 600; 2— 700; 3- 720

меньшем внешнем напряжении. Длина, до достижения которой субмикротрешина остается устойчивой, составляет порядка десятых долей микрометра, а число дислокаций в субмикротрещине при этом — 16. 18. Значения размеров субмикротрешины зависят от размера зерна металла.

Влияние удельной поверхностной энергии металла на условия увеличения образовавшейся субмикротрешины показано на рис. 4.42 и 4.43.

Зависимости энергии системы дислокационный кластер— субмикротрешина от длины субмикротрешины имеют два экстремума; минимум, который соответствует равновесному размеру субмикротрешины, и максимум, представляющий собой потенциальный барьер для дальнейшего ее распространения. С увеличением приложенного внешнего напряжения высота максимума уменьшается, а расстояние между экстремумами сокращается. При достижении напряжения ас два экстремума сходятся в точке перегиба: потенциальный барьер исчезает и субмикротрешина теряет равновесие. Например, при нормальной поверхностной энергии у = 2,0 Дж/м2 инициирование разрушения становится воз-

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 в

Рис. 4.44. Влияние степени заполнения поверхности водородом на удельную поверхностную энергию

Рис. 4.45. Зависимость степени заполнения поверхности железа от давления водорода над ней

можным при стс = 940 МПа, а при понижении поверхностной энергии до 1,6 Дж/м2 — при напряжении ас - 720 МПа.

В работе [95] влияние водорода на равновесие субмикротрешины, образованной несколькими краевыми дислокациями, рассчитывалось по другой модели. Предполагалось, что в полости субмикротрешины давление водорода определяется законом Сивертса, а адсорбция водорода на поверхности субмикротрешины подчиняется закону Ленгмюра. При этом не учитывалось взаимодействие субмикротрешины со скоплением дислокаций, из которого она образовалась.

На рис. 4.44 приведена зависимость удельной поверхностной энергии железа от степени заполнения поверхности адсорбированными атомами водорода, а на рис. 4.45 — зависимость степени заполнения поверхности железа от давления водорода над ней. Для заметного снижения удельной поверхностной энергии металла необходимо, чтобы степень заполнения поверхности была близка к единице (рис. 4.44). Для системы железо—водород это возможно уже при давлениях газа над поверхностью порядка нескольких десятков паскалей (рис. 4.45). Это составляет очень малое значение по сравнению с уровнем механических напряжений (сотни мегапаскалей), при которых в металле образуются субмикротрешины. Следовательно, давление водорода в полости субмикротрешины не является главным фактором, влияющим на ее равновесие. Основной же причиной, инициирующей водородное разрушение, в данном случае является снижение удельной поверхностной энергии металла вследствие адсорбции водорода.