按照氫脆敏感性與應變速率的關系,可以將氫致開裂分為兩大類。
1. 第一類氫脆
氫脆的敏感性隨應變速率的增加而增加,即材料加載前內部已存在某種裂紋源,加載后在應力作用下加快了裂紋的形成與擴展。第一類氫脆包括三種形式:①. 氫腐蝕,由于氫在高溫高壓下與金屬中第二相(夾雜物和合金添加物)發(fā)生化學反應,生成高壓氣體(如CH4、SiH4)引起材料脫碳、內裂紋和鼓泡的現(xiàn)象;②. 氫鼓泡,過飽和的氫原子在缺陷位置(如夾雜)析出,形成氫分子,在局部造成很高的氫壓,引起表面鼓泡或內部裂紋的現(xiàn)象;③. 氫化物型氫脆,氫與IVB和VB族金屬有較大的親和力,氫含量較高時容易產生脆性的氫化物相,并在隨后受力時成為裂紋源,引起脆斷。
上述三種情況將造成金屬永久損傷,使材料塑性或強度降低,即使從金屬中除氫損傷也不能消除,塑性或強度也不能恢復,故稱為不可逆氫脆。
2. 第二類氫脆
氫脆的敏感性隨應變速率增加而降低,即材料在加載前并不存在裂紋源,加載后在應力和氫的交互作用下逐漸形成裂紋源,最終導致脆性斷裂。第二類氫脆包括兩種形式:一是應力誘發(fā)氫化物型氫脆。在能夠形成脆性氫化物的金屬中,當氫含量較低或氫在固溶體中的過飽和度較低時,尚不能自發(fā)形成氫化物;而在應力作用下,氫會向應力集中處富集,當氫濃度超過臨界值時就會沉淀出氫化物。這種應力誘發(fā)的氫化物相變只在較低的應變速率下出現(xiàn),并由此導致脆性斷裂,一旦出現(xiàn)氫化物,即使卸載除氫,靜止一段時間后再高速變形,塑性也不能恢復,故也是不可逆氫脆。二是可逆氫脆。是指含氫金屬在高速變形時并不顯示脆性,而在緩慢變形時由于氫逐漸向應力集中處富集,在應力與氫交互作用下裂紋形核、擴展,最終導致脆性的斷裂,在未形成裂紋前去除載荷,靜置一段時間后高速變形,材料的塑性可以得到恢復,即應力去除后脆性消失,因此稱為可逆氫脆。由內氫引起的稱可逆內氫脆,由外氫引起的稱環(huán)境氫脆。通常所說的氫脆主要指可逆氫脆,是氫致開裂中最主要、最危險的破壞形式。