按照氢脆敏感性与应变速率的关系,可以将氢致开裂分为两大类。
1. 第一类氢脆
氢脆的敏感性随应变速率的增加而增加,即材料加载前内部已存在某种裂纹源,加载后在应力作用下加快了裂纹的形成与扩展。第一类氢脆包括三种形式:①. 氢腐蚀,由于氢在高温高压下与金属中第二相(夹杂物和合金添加物)发生化学反应,生成高压气体(如CH4、SiH4)引起材料脱碳、内裂纹和鼓泡的现象;②. 氢鼓泡,过饱和的氢原子在缺陷位置(如夹杂)析出,形成氢分子,在局部造成很高的氢压,引起表面鼓泡或内部裂纹的现象;③. 氢化物型氢脆,氢与IVB和VB族金属有较大的亲和力,氢含量较高时容易产生脆性的氢化物相,并在随后受力时成为裂纹源,引起脆断。
上述三种情况将造成金属永久损伤,使材料塑性或强度降低,即使从金属中除氢损伤也不能消除,塑性或强度也不能恢复,故称为不可逆氢脆。
2. 第二类氢脆
氢脆的敏感性随应变速率增加而降低,即材料在加载前并不存在裂纹源,加载后在应力和氢的交互作用下逐渐形成裂纹源,最终导致脆性断裂。第二类氢脆包括两种形式:一是应力诱发氢化物型氢脆。在能够形成脆性氢化物的金属中,当氢含量较低或氢在固溶体中的过饱和度较低时,尚不能自发形成氢化物;而在应力作用下,氢会向应力集中处富集,当氢浓度超过临界值时就会沉淀出氢化物。这种应力诱发的氢化物相变只在较低的应变速率下出现,并由此导致脆性断裂,一旦出现氢化物,即使卸载除氢,静止一段时间后再高速变形,塑性也不能恢复,故也是不可逆氢脆。二是可逆氢脆。是指含氢金属在高速变形时并不显示脆性,而在缓慢变形时由于氢逐渐向应力集中处富集,在应力与氢交互作用下裂纹形核、扩展,最终导致脆性的断裂,在未形成裂纹前去除载荷,静置一段时间后高速变形,材料的塑性可以得到恢复,即应力去除后脆性消失,因此称为可逆氢脆。由内氢引起的称可逆内氢脆,由外氢引起的称环境氢脆。通常所说的氢脆主要指可逆氢脆,是氢致开裂中最主要、最危险的破坏形式。