应力腐蚀断裂是一种局部破坏现象

局部力学环境
应力腐蚀断裂是一种局部破坏现象，因而局部力学环境对于理解机理和控制措施是十分重要的。在下面，介绍几个重要概念。
(1)缺口试样单向拉伸时，缺口底部有应力集中，应力集中系数K与缺口半径(p)
及深度(d)有关:

从上式可以理解图4-4所示的KIscc (p)正比于p的实验结果。
缺口前端有三向拉应力区，不是位于缺口顶端，而是与顶端有一段距离(x)， ρ愈大，则x愈大。由于三向拉应力区可以富集氢而导致开裂，氢致开裂的位置的实验结果，符合x与ρ之间的关系，即ρ愈大，则开裂位置x愈大。

(2) I型裂纹试样
如图4-5所示，依据外加应力与裂纹面的取向关系，有三类裂纹试样:Ⅰ型又叫拉开型，Ⅱ型又叫滑开型，Ⅲ型又叫撕开型；对应的分别有三类应力场强度因子KI、KⅡ及KⅢ。
载荷对于I型裂纹有如下三方面作用。
1. 拉开裂纹，当裂纹壁处于钝态时，裂纹尖端的表面保持清洁而新鮮。

2. 当整体金属仍是弹性变形状态时，裂纹尖端的前沿为塑性区。用正电子湮灭技术，田中卓等测定了40MnNb钢的塑性区宽7.45mm(图4-6).这种钢的屈服强度σ,为561MPa,试验时的KⅠ|为84.7MPa.m1/2，试验结果与依携断裂力学的计算的塑性区宽( R。)符合较好:

③裂纹尖端前具有三向拉伸应力区，氢可在此处富集，其浓度cσ与氢的平均浓度co不同:

三向拉伸应力区位于弹塑区边界。
上述的第①方面的作用使裂纹尖端易于继续阳极溶解，而裂纹壁上阴极反应析出的氢易于进人金属。第②方面作用的位错可作为陷阱，与氢结合;而运动的位错又可快速地输送氢到易于富集氢的部位。第③方面作用指出富集的部位，三向拉伸区较疏松，富集氢可降低应变能;愈大，则富集系数β()愈大。从断裂力学可以导出σh的表达式，则(4-8)式转变为:

X-距裂纹尖端的距离。

(3) Ⅲ型裂纹试样
Ⅲ型裂纹或缺口前面，虽然没有三向拉伸应力区，不存在σh，不会有氢富集现象。但是，褚武扬等的上作表明，在Ⅲ型裂纹(或缺口)前由于KⅢ也有应力场，而间隙氢原子导致应变场，二者的交互作用有不均匀的应变能场，它是极坐标位置(γ，θ)的函数。计算结果表明，当θ=45°时，应变能为最小，因而氢应在这个面上富集。实验结果验证了这种推论，从而提出了氢富集的一种新方式，并指出氢在α-Fe中的应变场应该是非球对称的。张统-等导出了非球对称应变场情况下的氢的分布公式;白清溪等应用这个公式，采用拉应力及压应力下的氢渗透试验，测定了氢在α-Fe中的应变场为:ε11=0.37,ε22=ε33=-0.11

(3) Ⅱ型裂纹试样 Ⅱ型裂纹的实际意义虽然不大，但其正应力分量及剪应力分量在缺口面上相差较大，易于从机理上研究各应力分量在SCC及HIC中的作用。张统一等采用如图4-7所示的试样，坐标原点位于缺口内，距缺口顶端ρ/2，ρ为缺口半径。缺口面上点的位置用θ表示，从x轴顺时针旋转方向为负;该点上正应力(σ)及剪应力(τ)的方向用α表示，也是从x轴顺时针旋转方向为负。有限元法计算结果表明:
①最大剪应力τmax位于θ=80°，其方向α=5°;
②最大主应力σImax 及最大多向应力σhmax均位于θ= -110°，该点上的最大剪应力τ的α=-35°

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