金屬材料科學與技術: 氫脆斷口賞析

氫脆斷口，雞爪花樣

a-d 氫致開裂斷口

引自M.L. Martin, et al. Acta Materialia 59 (2011) 3680–3687

疲勞斷口

沿晶斷口

穿晶解理斷口

氫脆斷口的宏觀特征通常表現為斷口平齊、結構粗糙，色澤為亮灰色，斷面干凈無腐蝕產物，且多發生在應力集中處，如螺紋牙底或頭部與桿部過渡位置。微觀特征則顯示沿晶分離或穿晶斷裂，斷口微觀形貌可能受到多種因素的影響‌。

氫脆是由于氫滲入金屬內部導致損傷，從而使金屬零件在低于材料屈服極限的靜應力持續作用下導致的失效。氫脆斷裂的宏觀特征明顯，斷裂源可在表面也可在次表層，斷口附近通常無宏觀塑性變形‌。在微觀層面，氫脆斷口一般顯示沿晶分離，也可能是穿晶的，且氫脆裂紋一般無分叉。對于高強鋼，沿晶面平坦，沒有附著物，有時可見白亮的、不規則的細亮條，這是晶界最后斷裂位置的反映，并存在大量的雞爪形的撕裂棱‌。

此外，氫脆斷口在掃描電子顯微鏡（SEM）下觀察，可能呈現冰糖狀形貌，沿晶界面上可見明顯的雞爪紋，這是氫脆斷裂的典型特征‌。當鋼鐵材料中存在較多氫元素時，材料變得很脆，沖擊斷裂后斷面以解理斷裂為主，同時可見沿晶傾向‌。

綜上所述，氫脆斷口的特征在宏觀和微觀層面均有明顯表現，這些特征有助于識別和分析由氫脆導致的金屬零件失效。