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钢断了,而且没有任何风吹草动!延迟断裂了解一下

延迟断裂概述

   延迟断裂,是指材料在静止应力的作用下,经过一定时间后突然发生脆性破坏的一种现象,它是材料、环境和应力相互作用的结果,是氢致材质恶化的一种形态。

   延迟断裂现象的产生,是由于材料内部的氢向应力集中的部位扩散聚集,这些应力集中的部位往往缺陷较多(原子点阵错位、空穴等),氢扩散到这些缺陷处,氢离子合成氢原子,氢原子进一步合成氢分子,将产生巨大的压力,这个压力与材料内部的残余应力以及材料服役状态下所承受的外加应力,形成一个合力,当这个合力超过材料的屈服强度时,就会导致断裂的发生。

   由于延迟断裂常常在材料所承受的外加应力水平显著低于其屈服强度时突然发生,具有不可预知性,因此往往导致较为严重的破坏后果。

延迟断裂的源起

   1940年代,延迟断裂是指玻璃等脆性材料的滞后断裂现象,1950年代以后,随着航空用镀镉高强度螺栓的延迟断裂事件的发生,高强度材料的延迟断裂问题逐渐受到各方的高度重视。

         高强度螺栓延迟断裂的主要原因,是由于高强度螺栓属于缺口件,且在使用过程中长期受力,螺纹根部易于发生应力集中,另一方面,螺栓生产过程中的镀膜、酸洗、电镀等处理工艺,以及服役环境中的腐蚀反应等均会引入氢向材料内部的侵入。

延迟断裂现象大体上可分为以下两类:

   第一类主要是由于在长期暴露过程中发生腐蚀,腐蚀坑处腐蚀反应的氢侵入而引起的延迟断裂。如桥梁等方面使用的螺栓,在潮湿空气、雨水等环境中长期暴露而发生延迟断裂。   

    第二类是酸洗、电镀处理等制造过程中侵入钢中的氢(内氢)在应力作用下向应力集中处富集引起的延迟断裂。如电镀螺栓等在加载后,经过几个小时或几天的较短时间后而发生延迟断裂。

延迟断裂的应对措施

   金属材料的延迟断裂行为是在材料、环境和应力三者共同作用下发生的,与材料的特性以及受力状态、服役环境密切相关。

   提高材料自身抗氢性能是改善高强钢延迟断裂敏感性的根本措施。例如通过微合金化细化晶粒 尺寸,降低扩散氢在晶间的富集,通过工艺控制及添加合金元素等措施降低原奥氏体晶粒尺寸,同时减少晶界偏析,提高晶界结合强度等。

   同时,研究用户使用技术对延迟断裂的影响与规律,也是预防延迟断裂的重要手段和措施。

   已有车厂和钢厂联合开展了汽车全生命周期中延迟断裂影响因素研究,获得了从钢板制造、成形、焊接、涂装、服役各加工制造环节中钢板氢浓度及应力的变化情况,并针对各工序流程建立了延迟断裂评价方法。

延迟断裂的评价方法

   对材料延迟断裂性能的评价方法有很多,但目前尚未形成统一的标准试验方法。现有的试验方法主要包括恒载荷延迟断裂实验法,恒应变延迟断裂试验,慢应变速率试验,断裂力学试验法,汽车厂通常采用的评价方法包括U形弯曲试验法,拉伸试验法。


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