高合金二次硬化钢氢脆敏感性研究

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-07-01 原文发表时间:2007-07-02 人气:1

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2.2 氢的逃逸曲线

为了保证试验的氢浓度，测定电解充氢的逸散趋势。图1中的曲线表明，用水银法测出样品中氢含量，在室温中放置0.5h，试样中剩余氢含量不低于85%，放置1.5h，不低于72%，3点弯曲试验最长时间为50min，因此试样中保持有较高含量的氢。

图1 室温下23NiCo钢的氢逃逸曲线
Fig．1 Hydrogen content in 23NiCo steelspecimen versus
time at room temperature

2.3 充氢对慢弯曲性能的影响

用挠度-载荷曲线，研究不同充氢时间的不同热处理状态下的钢的断裂行为，裂纹起始功包括裂纹起始弹性功(WE)和裂纹起始塑性功(WP)。由于功的消耗主要在裂纹起始塑性变形上，可以认为开裂塑性功WP是评价氢脆敏感性的重要标志。图2为充氢对不同回火温度开裂起始塑性功WP的影响，结果表明：①充氢及充氢时间对600℃回火试样的慢弯曲性能没有影响。②充氢对450℃回火试样的WP影响最大，充氢0.5h，WP下降了50%，氢脆敏感性很大。③充氢对482℃回火试样的WP有较明显的影响，充氢0.5h，WP下降了40%，但随充氢时间延长，WP的下降幅度减少。

图2 23NiCo钢开裂起始塑性功WP随充氢时间的变化
Fig．2 The 23NiCo steel plastic work of the crack initiating
versus charging time

2.4 断口观察

图3 23NiCo钢450℃回火试样的断口裂纹起始区形貌 ×1000
(a)充氢0.5h (b)充氢10h
Fig．3 The crack initiation zone of the 23NiCo steel specimen
tempered at 450℃，hydrogenated for
0．5h(a) and 10h (b) ×1000

450℃回火试样慢弯曲断口形貌见图3，未充氢样品裂纹起始区以剪切韧窝为主，局部区域有沿晶特征。充氢0.5h，裂纹起始区为沿晶＋准解理；充氢4h，裂纹起始区以沿晶断裂为主，存在少量准解理；充氢10h，裂纹起始区为沿晶和穿晶准解理断裂，沿晶区厚度约为130μm。482℃回火未充氢试样中，裂纹起始区为剪切韧窝；充氢0.5h，裂纹起始区为准解理，厚度约2.5μm；充氢4h和10h，试样的裂纹起始区都为准解理，厚度分别为7μm和11μm，未出现沿晶断裂特征；随着充氢时间延长，试样放射区韧窝变小变浅。482℃回火试样断口见图4。充氢对600℃回火试样的断裂形貌没有影响，充氢10h，仍为韧性断裂。对应于断口特征，裂纹起始功可表示为WP韧窝＞WP解理＞WP沿晶。

图4 23NiCo钢482℃回火试样的断口裂纹起始区形貌
(a)充氢0.5h ×1000 (b)充氢10h ×300
Fig．4 The crack initiation zone of the 23NiCo steel specimen
tempered at 482℃，hydrogenated for 0．5h (a) ×1000
and 10h (b) ×300

2.5 微观组织

450℃回火，马氏体中位错密度很高，回火试样的中心暗场像可以清晰地看出位错上析出的针状相，即M2C碳化物。沿马氏体板条边界和孪晶界面析出粗大的片状渗碳体。482℃回火，在位错线上的M2C开始长大，针状M2C的平均长度约3nm，平均直径约1.3nm。另一个显著变化是在马氏体板条界面上析出了呈薄膜状的逆转奥氏体(图5)，逆转奥氏体的膜厚度约15nm，沿基体的｛110｝分布，与马氏体基体的取向关系满足K-S关系，即｛011｝α‖｛111｝A，〈111〉α‖〈101〉A。600℃回火，板条界和板条内分布粗大的逆转奥氏体，厚度为100nm，M2C明显长大。

图5 23NiCo钢482℃回火试样中的逆转奥氏体 ×60000
(a)明场像 (b)中心暗场像
Fig．5 BF (a) and CDF (b) images of the reverted austenite in the 23NiCo steel specimen tempered at 482℃ ×60000

3 分析与讨论

微观组织是影响高强度钢氢脆最重要的因素之一。氢脆阻力与断裂过程有关，这个过程取决于组织和氢的集中。二次硬化钢回火处理使组织主要出现以下两方面的变化：①马氏体中过饱和的碳以碳化物形式析出；②较高温度回火时沿马氏体板条边界析出逆转奥氏体。450℃回火试样中虽然高密度位错上析出了高度弥散、细小的共格碳化物，但由于共格应变场氢很容易沿马氏体进行扩散，或进入位错及其以上的共格碳化物陷阱。Hinotani et al［1］工作表明，在碳化物析出初期，Mo2C与基体保持共格与半共格状态，这些碳化物与基体的界面是可逆或不可逆氢的陷阱。此外组织中在板条边界析出的渗碳体及缺少奥氏体，使得450℃回火的氢脆敏感性很高。断口观察表明，充氢0.5h的试样，裂纹起始就呈现沿晶断裂特征。

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