3-8 内部氢对不锈钢拉伸试样断口分形维数的影响

丰 杰 徐镜廉 谭 云

　　为研究内部氢对材料拉伸试样断口的影响及断口形貌与材料抗氢性能的关系，分析定量断口学在材料氢脆研究中的可行性，引入断口分形维数的概念，对1Cr18Ni9Ti (简称18-8)、21Cr6Ni9Mn(简称21-6-9)、Fe-Ni-Cr(简称J75)等三种材料在不同热充氢条件下力学性能和抗氢脆性能进行研究，并采用垂直截面法测试了各状态下材料拉伸断口的分形维数，得到断口分形维数与材料内部氢含量及抗氢脆性能的关系。

　　研究表明，随充氢时间增加，氢含量增大，三种材料表现出不同的氢致塑性损失。主要表现为断面收缩率随内部氢含量增加而降低（图1），氢致塑性损减随内部氢含量的增加而增加；反映在断口分形维数上，主要表现为断口分形维数随内部氢含量增加而降低（图2），且随氢含量增加，断口分形维数变化趋缓。

图 1 断面收缩率随充氢时间的变化规律 图 2 断口分形维数随氢含量的变化曲线

　　通常用比较断面收缩率损减的程度来判断材料对氢脆的敏感程度，即材料的抗氢脆性能的优劣；由断口分形维数的测定，比较分形维数的损减程度也可以判断材料抗氢脆性能的优劣。从图1及图2可见，18-8的抗氢脆性能较差，J75的抗氢脆性能较好，21-6-9具有最好的抗氢脆性能，用两种方法具有一致性。

　　随充氢时间及材料内部氢含量的增大，材料断口韧窝由大而深变为浅而平，部分区域出现准解理或解理型的形貌，即断口由粗糙变成较光滑；测得断口分形维数由大变小，说明断口形貌的变化与分形维数大小有一定对应关系。因此，内部氢对断口分形维数的影响主要使断口分形维数降低，断口由韧变脆。断口分形维数的变化能够反映氢对材料性能的影响，并可用来判断材料对氢脆的敏感程度。