氢致开裂断口和应力腐蚀断口

图1

图2

图3

材料：33CrNiMoA

工艺情况：850℃保温2h后炉冷，超声波探伤发现内部有缺陷；图1：经淬火处理

浸蚀方法：图1：未浸蚀；图2：50%盐酸水溶液浸蚀；图3：4%硝酸酒精溶液浸蚀

组织说明：图1：20mm切片压开裂成（纵向）断口，其中有许多圆形、卵形白斑———即白点缺陷。白点表面呈粗晶状。图2：横向截面低倍组织形貌，有许多辐射状短裂纹，它们在纵向即为白点。图3：裂纹处横向金相试样形貌，白点为锯齿状裂纹，裂纹细小、刚挺、穿晶。白点产生的原因，一般认为与钢中氢含量较高有关。由于钢中氢原子脱溶、聚集结合成氢分子，产生极大压力，在热加工中与热应力、组织应力叠加造成裂纹。

图4

材料：20MnMo

工艺情况：锻造后空冷，冲击试验

组织说明：冲击断口试样，断口上有白点，透射电镜碳二次复型图像，白点区为准解理断裂，通常称之为氢致解理。

图5

材料：16Mn

工艺情况：焊接组织说明：焊接后产生裂纹。将裂纹打开后观察断口，断口具有准解理断裂特征，且有发纹和爪状纹，属焊接冷裂纹。冷裂纹通常称氢致裂纹，是氢脆断裂的一种。

图6

材料：20钢（螺钉）

工艺情况：冷镦成型合镀锌

组织说明：螺钉断口。螺钉经酸洗后表面电镀锌，在安装时发生断裂。断口宏观形貌光滑平坦。扫描电镜观察具有准解理特征，并有发纹等，属氢脆断裂。低碳钢虽对氢脆不像高强度钢那样敏感，但如酸洗后未经除氢处理，也有可能会引起氢脆。

图7

材料：35钢（螺钉）

工艺情况：热锻、调质后镀锌

组织说明：螺钉断口。螺钉经酸洗后表面电镀锌，在安装时发生断裂。断口呈脆性特征，微观形貌为准解理断裂，并有发纹等特征，为氢脆断裂。

图8

材料：65Mn

工艺情况：淬火、回火后酸洗、电镀

组织说明：由65Mn钢制作的弹簧片，在安装时发生断裂。断口为典型的冰糖状沿晶断裂，在断裂的晶面上有细小的爪状纹及发纹等特征。此为高强度钢氢脆断口的特征。高强度钢在酸洗电镀后必须进行除氢处理，除氢不及时或除氢不彻底均会导致氢脆。

图9

材料：65Mn

工艺情况：淬火、回火后酸洗、电镀

组织说明：酸洗及电镀过程中的氢进入钢中后常沿晶界处聚集，导致晶界脆化，形成沿晶断裂。氢在扩散、聚集过程中留下发纹、爪状纹等特征。氢脆断裂时在微区局部晶界上因氢损伤较轻，故断裂时在局部区域能观察到韧窝，见图中上部区。

图10

材料：1Cr18Ni9Ti

工艺情况：冷变形后去应力退火

组织说明：在奥氏体不锈钢的应力腐蚀断口上除河流花样外还有羽毛状及扇形状花样，这种花样通常在经变形而使晶粒拉长的材料中出现。

图11

材料：1Cr18Ni9Ti

工艺情况：固溶处理

组织说明：应力腐蚀失效断口。奥氏体不锈钢在氯离子环境下使用造成的应力腐蚀的断口形貌，有河流花样特征。这是由于应力腐蚀裂纹沿一定的晶面扩展，通常发生开裂的主要晶面有｛100｝、｛110｝、｛111｝等。图中点状小颗粒为断口表面上的腐蚀产物，用能谱仪分析通常能检测到氯元素。

图12

材料：1Cr18Ni9Ti

工艺情况：固溶处理

组织说明：氯离子环境下的应力腐蚀断口上的泥状花样，其特征似干裂的泥块。通常在腐蚀产物堆积较厚的区域出现，是腐蚀产物开裂的特征。

图13

材料：1Cr18Ni9Ti

工艺情况：固溶处理

组织说明：氯离子环境下的应力腐蚀断口。由于介质中氯离子对断口的浸蚀，在某些区域会出现腐蚀坑。这种腐蚀坑常呈现规则的形状，类似于金相位错腐蚀坑。图中所示腐蚀坑为正方形，可说明此腐蚀坑所在的开裂晶面为｛100｝晶面。

图14

材料：1Cr18Ni9Ti

工艺情况：固溶处理

组织说明：氯离子应力腐蚀断口，图中所示为不同位向晶粒开裂的特征，有台阶条纹及有一定几何形状的腐蚀坑特征。图中有长方形和三角形两种形态的腐蚀坑。长方形腐蚀坑所在的晶粒为｛110｝晶面开裂，正三角形腐蚀坑所在的晶粒为｛111｝晶面上的蚀坑，说明裂纹沿｛111｝晶面开裂。

图15

材料：1Cr18Ni9Ti

工艺情况：固溶处理

组织说明：氯离子环境下应力腐蚀断口。用10%HCl水溶液浸蚀后，用扫描电镜观察断口。断口上有许多正方形腐蚀坑，图中间区域三角形晶面上有三角形腐蚀坑。这种断口浸蚀方法相似于金相分析中位错蚀坑技术，可研究断裂与晶面的关系。图中的两种形状蚀坑说明开裂主要沿｛100｝晶面和｛111｝晶面。