充氢超高强度钢拉伸变形的原位中子衍射研究

徐平光¹，殷匠²，张书彦³

1. Japan Atomic Energy Agency2. 江苏亚星锚链股份有限公司3. Rutherford Appleton Laboratory

摘 要：利用飞行时间法中子衍射对比研究了充氢与未充氢1250 MPa超高强度钢的拉伸变形行为与轴向晶格变形特征,并观察了断口区组织形貌与晶粒取向特征.在无加载条件下,充氢试样的轴向（110）与（200）面间距分别大于和小于未充氢试样的对应面间距,显示出四面体间隙中H原子的进入使轴向（110）面间距有所增加,同时内部应力的平衡作用使轴向（200）面间距有所减少.未充氢试样达到1250 MPa抗拉强度发生颈缩塑性断裂,而含有8.0×10-6可扩散氢的试样在分步加载至500 MPa时发生脆性断裂.中子衍射分析表明,未充氢试样在拉应力加载至500 MPa时均基本符合线弹性变形,但至700 MPa时,轴向{200}晶粒比其余取向晶粒优先显示非线弹性变形,至800 MPa时轴向{110}晶粒也出现非线弹性变形,轴向{200}晶粒优先产生微屈服现象,而轴向{211}晶粒仍然处于线弹性阶段;充氢试样在拉伸至300 MPa时,轴向{110}晶粒出现非线弹性变形,至400 MPa时轴向{200}晶粒也出现非线弹性变形,轴向{110}晶粒优先产生微屈服现象,轴向{211}晶粒仍处于线弹性阶段.断口剖面观察显示未充氢试样内形成明显的轴向<110>拉伸纤维织构,而氢脆试样内除了明显的晶界裂纹萌生,还有晶内裂纹扩展与局部晶体转动特征.基于不同取向晶粒的微屈服概念,解释了充氢导致轴向{110}晶粒优先微屈服而不是轴向{200}晶粒优先微屈服,同时以氢伴随微区塑性变形的方式发生脆性断裂.

关键词：脆性断裂;充氢;微区塑性变形;高强度低合金钢;中子衍射;晶格应变;