Исследование микромеханизмов разрушения на трех стадиях развития водородного охрупчивания

УДК 539.04

ИССЛЕДОВАНИЕ МИКРОМЕХАНИЗМОВ РАЗРУШЕНИЯ НА ТРЕХ СТАДИЯХ РАЗВИТИЯ ВОДОРОДНОГО ОХРУПЧИВАНИЯ

© Л.В. Шишкова

Ключевые слова: водородная хрупкость; изломы; наводороживание.

Исследованы изломы после разрыва образцов на трех стадиях водородного охрупчивания.

В предыдущих работах, например [1], установлена и изучена трехстадийная кинетика развития повреждаемости металла в процессе электролитического на-водороживания. В данной работе приведены результаты исследования изломов образцов стали 18ХГМФ после испытания их на сопротивление отрыву и насыщения водородом. Исследование изломов проводили после разрыва исходных (без водорода) образцов и образцов на трех стадиях водородной хрупкости, согласно [1]: при обратимом разупрочнении (наводороживание образцов в течение 3 ч), восстановлении прочности (4,5 ч) и необратимом охрупчивании (25 ч). Изломы изучались на микроскопе МБС-2, сканирующем электронном микроскопе Cwikscan-100, электронных микроскопах АКА-100 и УИМ-200 фирмы Тесла. Основные результаты фрактографических исследований изломов представлены на рис. 1-12.

Изломы исходной стали 18 ХГМФ (рис. 1-3) имеет структуру вязкого отрыва, характерную для пластичных сталей после растяжения цилиндрических образцов с глубоким острым надрезом. Микрофрактограммы центральной зоны имеют чашечный рисунок фасеток пластичного разрушения. Размер чашек или равноосных ямок неодинаков: крупные ямки окружены более мелкими. Наличие достаточно равномерно чередующихся крупных и мелких ямок обусловлено неоднородностью структуры материала (рис. 9) и соответственно неравномерностью пластической деформации. Ямочная структура излома свидетельствует о том, что разрушение отрывом происходит по механизму слияния микропор, образующихся в процессе пластической деформации. Причем равноосность ямок свидетельствует о равномерной деформации в направлении приложенных напряжений при объемном растяжении.

Обратимое разупрочнение наводороженной стали резко изменяет характер разрушения (рис. 4-6). На рис. 4 видны плоские фасетки истинно хрупкого отрыва. Вид отрыва смешанный, т. е. разрушение происходит как внутризеренное с кристаллическим изломом, так и межзеренное с зернистым изломом. На фасетках (рис. 5) видны мелкие и крупные ступеньки. В результате поверхность излома выявляет ручьистый излом, типичный для большинства хрупких изломов путем отрыва. Трещины зарождаются, как правило, на краю

фасеток, откуда расходятся лучи-складки. На рис. 6 при увеличении (х6000) на фрактограмме виден сглаженный речной узор и достаточно гладкие поверхности фасеток.

При увеличении времени наводороживания до 4,5 ч и ростом концентрации водорода до предельного значения фрактограммы разрушения незначительно изменяются (рис. 7-8). Излом остался хрупким, хотя можно заметить, что число и размеры хрупких сколов и крупных вертикальных ступенек уменьшились.

Явные изменения в структуре изломов наблюдаются после 25 ч наводороживания (рис. 10-12). В изломе имеются как плоские фасетки хрупкого отрыва, так и участки ямочной структуры, обусловленной слиянием микропор. Такая неоднородность излома свидетельствует о микролокальной неоднородности разрушения: наблюдаются признаки и хрупкого отрыва и вязкого разрушения. Такое разрушение можно квалифицировать как квазиотрыв.

Таким образом, исследование с помощью электронной фрактографии микромеханизмов водородного охрупчивания стали показывает, что в соответствии с кинетикой развития хрупкости изменяется и морфология излома. Исходный чашечный излом вязкого отрыва переходит в хрупкий отрыв сколом с ручьистым узором на стадии резкого разупрочнения (обратимой хрупкости). В дальнейшем, по мере развития необратимой хрупкости, наблюдается квазиотрыв смешанного разрушения: хрупкие участки чередуются с вязкими.

ЛИТЕРАТУРА

1. Савченков Э.А., Шашкова Л.В., Манаков Н.А. Синергетическая концепция водородной повреждаемости металлов и сплавов (этапы развития и перспективы) // Вестник ОГУ. 2006. № 1. Т. 2. С. 133-137.

Поступила в редакцию 10 апреля 2013 г.

Shashkova L.V. STUDY OF MICROMECHANISMS OF FAILURE AT THREE STAGES OF DEVELOPMENT OF HYDROGEN EMBRITTLEMENT

Fractures after breaking the samples at three stages of hydrogen embrittlement are investigated.

Key words: hydrogen embrittlement; fractures; hydrogenation.

1562

Рис. 1-12. Строение изломов стали 18ХГМФ: 1-3 - исходное состояние; 4-6, 7-9, 10-12 - после 3, 4, 5 и 25 ч наводороживания соответственно. 1, 4, 7, 1Q -

1563