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1、Ni2cr合金室温环境氢脆的研究a.李慧改 程晓英(上海大学材料研究所上海200072)文献目录摘要关键词名词解释前言实验材料和方法实验结果结论参考文献摘要对Ni2cr合金在不同环境气氛及动态渗氢中的脆化进行了系统研究，并从能量学方面分析了影响合金脆化的因素。结果表明，Ni2cr合金在室温空气及氢气中不存在明显的环境氢脆，动态渗氢拉伸时Ni2cr合金存在严重的氢脆敏感性，无序和高度有序合金脆化严重，部分有序合金氢脆敏感性较小。关键词Ni2cr合金环境氢脆动态渗氢a名词解释有序度用来表征晶体结构中不同质点在同类结构位置上排布之有序程度的一个参数。完全有序和完全无序结构的有序度总是规定分别为1和0

2、；且质点在有关结构位置上的占位率越是接近于完全有序时的 极限占位率时,其结构的有序度就越高。断面收缩率材料的塑料性指标之一。材料受拉力断裂时断面缩小，断面缩小的面积与原面积之比值叫断面收缩率。断面收缩率。拉伸塑性材料在拉伸载荷下，产生永久变形的材料特性。位错最初为解释晶体的塑性变形而提出的一种原子排列缺陷模型晶体滑移时，已滑移部分与未滑移部分在滑移面上的分界，称为“位错”，又可称为差排。它是一种线缺陷 电负性电负性综合考虑了电离能和电子亲合能，首先由莱纳斯鲍 林于1932年提出。它以一组数值的相对大小定量地表示出元素原子在 化合物中对键合电子的吸引能力（键合电子：原子中用于形成化学键 的电子）

3、，称为相对电负性，简称电负性。元素电负性数值越大，原 子在形成化学键时对成键电子的吸引力越强（稀有气体除外）。前言近年来大量实验证明，很多金属间化合物在室温的脆性断裂是由于空气中的水汽诱发的环境氢脆。这一脆化过程包括金属间化合物中的活性原子(A1、Ti、Si等)与空气中的水汽发生表面反应形成原子氢，经扩散进入合金内部引起氢脆。然而，由氢气诱发的环境氢脆一般认为是金属间化合物中的基体金属(如Fe、C0、Ni等)对氢气的催化裂解形成原子氢所致。由氢导致的金属间化合物的脆化，包括氢在金属间化合物表面的物理吸附和化学吸附(氢的进入过程)以及氢在金属间化合物内部的扩散过程。本文对不同有序度Ni2cr金属

4、间化合物在环境气氛中的脆化进行了系统研究，并从能量学方面对环境脆化机理进行了分析。实验材料和方法首先把Ni2cr(70.25wtNi，29.75wtCr)板材从4mm厚冷轧成1mm厚，线切割成标距段尺寸为16mm3mmlmm的拉伸试样，然后在900保温2h，淬火得到无序态Ni2cr。部分无序试样再在500分别保温25h和100h(下文以有序化时间表示之)，空冷得到不同有序度的Ni2cr。由文献12知，25h及100h热处理试样的有序度分别为44，74。所有试样用砂纸打磨以除去表层缺陷。实验材料和方法拉伸实验均在带有环境室的MTS试验机上完成，实验室相对湿度为60，温度为室温25，拉伸速率为 对

5、于氢气中拉伸试样，环境室先抽真空至 ，然后充入01MPa的氢气，然后再抽真空至 ，最后充入01MPa的氢气，氢气释放自储氢材料，纯度为99.99。阴极渗氢所用电解液为1NH2SO4溶液(含0.05gL NaAsO2作为毒化剂)。为保证只在标距段部分吸氢，预渗氢试样及动态渗氢试样用聚四氟乙烯封住标距段外的部分，并使一端暴露用于导电，测试电流密度为30mAcm2。动态渗氢拉伸速率为 ，稍微低于临界形变速率(临界形变速率为 。，为携氢位错的密 度 )，使氢原子能够形成柯垂尔气团随同位错运动。用S-570型扫描电镜(SEM)观察断口表面形貌。实验结果图1为不同有序度Ni2cr合金在各环境下的拉伸性能。

6、可以看出，不同有序度的试样在空气中拉伸时，断面收缩率几乎相同；氢气中拉伸时，有序度对断面收缩率也几乎没有影响。对于动态渗氢试样，无序和高度有序(74有序)合金的断面收缩率最低，而部分有序合金(44有序)的断面收缩率则较高。从图1还可以看出，对于同一有序度的试样，空气中拉伸时断面收缩率最高，氢气中拉伸时较低，动态渗氢拉伸时断面收缩率最低。实验结果图2是有序度对Ni2cr合金的氢脆敏感性的影响。从中可以明显看出，无序和高度有序Ni2cr合金的氢脆敏感性最大，它们都达到了30以上，而部分有序(44有序)合金相对于空气中拉伸试样的脆化程度则只有18。实验结果图3为无序Ni2cr合金在不同气氛中拉伸时的

7、断口形貌。由图3a和3b可以看出，无序Ni2cr合金在空气中拉伸与氢气中拉伸时都表现出塑性穿晶断口。而在动态渗氢拉伸时，无序Ni2cr合金的断口横截面的外围则表现出脆性断裂(图3c)，与性能一致。结论(1)Ni2cr合金在室温空气中不存在由水汽诱发的环境脆，从能量学角度考虑，Ni2cr与水汽发生表面反应的吉布斯自由能变化的绝对值小于50kJmol，因此合金对环境敏感性较小；而且Ni与Cr原子的电负性相近，不利于电荷转移从而不利于表面反应，所以室温空气中Ni2cr合金不存在由水汽诱发的环境氢脆。(2)Ni2cr合金在氢气中也不存在明显的环境脆性，合金中起催化作用的Ni原子的比例较小，对H2的催化

8、裂解程度较低；另一方面Ni2cr原子之间几乎不存在电负性差，在有序化过程中也几乎不发生电荷转移，对H2分子的催化裂解能力较弱，因此在氢气氛中也没有明显的环境脆性。(3)当有外界氢原子进入合金内部即在动态渗氢拉伸时,Ni2cr合金存在严重的氢脆敏感性，无序和高度有序合金化严重，部分有序合金氢脆敏感性较小。参考文献1DzZhang，CMHsiao and G WDuEnergetical analysis of sensitivity of hydrogen embrittlement of ordered alloys Scripta Metal11993，29：9012万晓景，朱家红，黄胜标F

9、e3AI与水汽及氧气的表面反应金属学报1995，31B：1833XYCheng and XJWanThe influence of atomic ordering on the hydrogen embrittlement of(C0，Fe)3V polycrysta1Scripta Mater2001，44：3254KHLee and CLWhiteStrain rate efect on moisture and hydrogen-induced environmental embrittlement of Ni，A1 with and without boronSeripta Metal

10、1 1995，33：1295CTLiu，EPGeorge，WCOliverGrain-boundary fracture and boron efect in Ni3Si alloysIntermetallics，1996，4：776 CT Liuenvironmental embrittlement and grainboundary fracture in Ni3A1Seripm Metal11992，27：257JHZhu，SBHuang and XJWanSurface reaction of F 3A1 with water vapor and oxygenScripta Metal

11、1 1995，32：1399参考文献8朱家红，万晓景Fe，Al系合金环境氢脆研究金属学报1994，30A：1399 xJWan，J HZhu and KLJingEnvironmental embrittlement in Ni3 AI+BScripta Metal11992，26：4731O万晓景等金属间化合物在氢气中的脆化自然科学进展2001，11：123311BJBerkowitz，MKurkela and RMLatanisi0nEriect of ordering on the hydrogen permeation and embrittlement of Ni2CrMetall

12、Soc ofAIME1981，41112BJBerkowitz and CMillerThe efect of ordering on thehydrogen embrittlement susceptibility of Ni2Cr MetTrans A1980IlA：l87713JKTien，AWThompson，IMBemstein，and RJRichards Hydrogen transport by dislocations Met Trans A19767A：82114张永刚，韩雅芳，陈国良，郭建亭，万晓景，冯涤金属间化合物结构材 料国防工业出版社2001，l24谢谢观赏 装控06-6班李伟 制作