A fractographic study of gaseous hydrogen embrittlement and liquid-metal embrittlement in a tempered-martensitic steel

Crack growth in D6ac steel in liquid mercury, gaseous hydrogen, and air environments was studied. Specimens were tested in the as-quenched condition and after tempering at various temperatures up to 700°C. In air, a dimpled transcrystalline fracture mode was observed for all heat-treatments. In mercury and hydrogen environments, the fracture mode and appearance depended on the heat-treatment but was remarkably similar in mercury and hydrogen environments for each condition. Quasi-cleavage, "brittle" intercrystalline fracture, dimpled intercrystalline fracture, and dimpled transcrystalline fracture modes were observed; the dimples observed after fracture in embrittling environments were generally shallower than those observed after fracture in air. The mechanisms of liquid-metal embrittlement and gaseous hydrogen embrittlement are discussed in the light of these observations and other work relevant to understanding the mechanisms of embrittlement. It is concluded that adsorbed atoms at crack tips facilitate dislocation nucleation or possibly decohesion, depending on the fracture mode. Nous avons étudié la croissance des fissures d'un acier D6ac dans des environnements de mercure liquide, d'hydrogène gazeux et d'air. Nous avons effectué des essais sur des échantillons bruts de trempe, ou après des revenus à des températures pouvant atteindre 700°C. Dans l'air, nous avons observé une rupture transcristalline avec des rides quelque soit le traitement thermique. Dans le cas des environnements d'hydrogène et de mercure, l'apparition et le mode de la rupture dépendaient du traitement thermique, mais ils étaient remarquablement identiques, pour chaque condition, pour les environnements de mercure ou d'hydrogène. Nous avons observé un quasi-clivage, une rupture intercristalline "fragile", une rupture intercristalline avec des rides et une rupture transcristalline avec des rides; les rides observées après rupture dans des environnements fragilisants étaient généralement moins profondes que celles qu'on observait après rupture à l'air. Nous discutons les mécanismes des fragilisations par le métal liquide et par l'hydrogène gazeux à la lumière de ces observations et d'autres travaux concernant les mécanismes de fragilisation. Nous concluons que les atomes adsorbés aux extrémités des fissures favorisent la germination des dislocations et peut-être la décohésion, suivant le mode de rupture. Das Riβwachstum im Stahl D6ac wurde in verschiedenen Umgebungsmedien untersucht: flüssiges Quecksilber, Wasserstoffgas und Luft. Die Proben wurden nach Abschrecken und nach Auslagerung bei verschiedenen Temperaturen (bis zu 700°C) getestet. Unter Luft wurde bei sämtlichen Wärmebehandlungen eine grubenbildende transkristalline Bruchmode beobachtet. Bei Quecksilber und Wasserstoff hingen Bruchmode und Erscheinungsbild von der Wärmebehandlung ab, ähnelten jedoch in bemerkenswerter Weise für dieselbe Versuchsbedingung. Quasi-Spaltung, "spröder" interkristalliner Bruch und grübchenbildender transkristalliner Bruch wurden beobachtet. Die Grübchen, die nach Bruch in versprödendem Medium beobachtet wurden, waren im allgemeinen flacher als nach Bruch in Luft. Die Mechanismen der Versprödung durch flüssige Metalle und gasförmigen Wasserstoff werden diskutiert. Es folgt aus den Beobachtungen und aus anderen Arbeiten, daβ die an den Riβspitzen adsorbierten Atome die Versetzungsbildung oder möglicherweise die Dekohäsion erleichtern, je nach Bruchmode.