按照氫脆敏感性與應(yīng)變速率的關(guān)系,可以將氫致開裂分為兩大類。
1. 第一類氫脆
氫脆的敏感性隨應(yīng)變速率的增加而增加,即材料加載前內(nèi)部已存在某種裂紋源,加載后在應(yīng)力作用下加快了裂紋的形成與擴(kuò)展。第一類氫脆包括三種形式:①. 氫腐蝕,由于氫在高溫高壓下與金屬中第二相(夾雜物和合金添加物)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成高壓氣體(如CH4、SiH4)引起材料脫碳、內(nèi)裂紋和鼓泡的現(xiàn)象;②. 氫鼓泡,過飽和的氫原子在缺陷位置(如夾雜)析出,形成氫分子,在局部造成很高的氫壓,引起表面鼓泡或內(nèi)部裂紋的現(xiàn)象;③. 氫化物型氫脆,氫與IVB和VB族金屬有較大的親和力,氫含量較高時(shí)容易產(chǎn)生脆性的氫化物相,并在隨后受力時(shí)成為裂紋源,引起脆斷。
上述三種情況將造成金屬永久損傷,使材料塑性或強(qiáng)度降低,即使從金屬中除氫損傷也不能消除,塑性或強(qiáng)度也不能恢復(fù),故稱為不可逆氫脆。
2. 第二類氫脆
氫脆的敏感性隨應(yīng)變速率增加而降低,即材料在加載前并不存在裂紋源,加載后在應(yīng)力和氫的交互作用下逐漸形成裂紋源,最終導(dǎo)致脆性斷裂。第二類氫脆包括兩種形式:一是應(yīng)力誘發(fā)氫化物型氫脆。在能夠形成脆性氫化物的金屬中,當(dāng)氫含量較低或氫在固溶體中的過飽和度較低時(shí),尚不能自發(fā)形成氫化物;而在應(yīng)力作用下,氫會(huì)向應(yīng)力集中處富集,當(dāng)氫濃度超過臨界值時(shí)就會(huì)沉淀出氫化物。這種應(yīng)力誘發(fā)的氫化物相變只在較低的應(yīng)變速率下出現(xiàn),并由此導(dǎo)致脆性斷裂,一旦出現(xiàn)氫化物,即使卸載除氫,靜止一段時(shí)間后再高速變形,塑性也不能恢復(fù),故也是不可逆氫脆。二是可逆氫脆。是指含氫金屬在高速變形時(shí)并不顯示脆性,而在緩慢變形時(shí)由于氫逐漸向應(yīng)力集中處富集,在應(yīng)力與氫交互作用下裂紋形核、擴(kuò)展,最終導(dǎo)致脆性的斷裂,在未形成裂紋前去除載荷,靜置一段時(shí)間后高速變形,材料的塑性可以得到恢復(fù),即應(yīng)力去除后脆性消失,因此稱為可逆氫脆。由內(nèi)氫引起的稱可逆內(nèi)氫脆,由外氫引起的稱環(huán)境氫脆。通常所說的氫脆主要指可逆氫脆,是氫致開裂中最主要、最危險(xiǎn)的破壞形式。