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金属材料中溶质氢原子与有限长尖裂纹之间的长程相互作用

氢脆,裂纹,相互作用

本文研究了金属材料中溶质氢原子与有限长尖裂纹之间的长程相互作用。基于弹性力学平面问题的复变函数表示法，我们首先获得了无限大二维基体内椭圆形孔洞附近溶质氢原子产生的应力场。将椭圆形孔洞退化成有限长尖裂纹，可以获得有限长尖裂纹附近溶质氢原子产生的应力场，进一步获得了溶质氢原子在裂纹尖端处产生的应力强度因子。基于该应力强度因子的表达式，我们研究了有限长尖裂纹附近单个溶质氢原子对裂纹尖端的屏蔽或反屏蔽效应，发现单个溶质氢原子对裂纹尖端是否有屏蔽或反屏蔽效应取决于溶质氢原子的位置。通过平衡浓度分布方程的数值计算，我们研究了有限长尖裂纹附近溶质氢气团对裂纹尖端的屏蔽或反屏蔽效应。结果表明，聚集在裂纹尖端前方区域的溶质氢气团对裂纹尖端有反屏蔽效应，并且会削弱刃型位错对裂纹尖端的屏蔽效应，导致裂纹尖端处的有效应力强度因子大于施加的应力强度因子，从而产生氢脆现象。基于这些结果，我们提出了新的氢脆机制，称之为氢反屏蔽裂纹机制。