1氫損傷介紹

氫損傷是指金屬中由於含有氫或金屬中的某些成分與氫反應,從而使金屬材料的力學
氫損傷
性能發生改變的現象。
氫損傷
金屬由於內部溶入氫原子或內部的氫在起還原作用而引起的損傷甚至引起構件破壞,電鍍、酸洗、潮濕環境下的焊接、高溫臨氫環境(加氫反應、氮氫氣合成氨的反應)、非高溫臨氫環境(含硫化氫和氰化物的溶液)均能引起不同性質的氫損傷
氫損傷分為四類:
氫腐蝕: 高溫下(205~595℃),氫與合金成分發生化學反應。
脫碳:氫腐蝕的特殊情況,是在高溫(205~595℃)下發生的,主要是在高溫下氫原子滲入鋼內與碳化合成甲烷,使鋼材脫碳,溫度降低后也會使鋼材表面發生鼓泡。在介質含氫的條件下,也可在鋼材表面脫碳。
氫鼓泡:若鋼材溶入原子態氫,然後結成分子態氫,並聚集在顯微空穴中,形成巨大內壓力,足以使金屬表面出現小鼓泡。最易發生鼓泡的溫度為0~150℃;
氫脆:氫脆發生在鋼材中,當鋼中含有(0.1~10)×10—6的氫,並在拉應力與慢速應變時鋼材表現出脆性上升,甚至出現裂紋。在-100~100℃的溫度範圍內極易發生氫脆。內氫脆是氫脆的一種,是經典的氫脆問題。在材料的冶鍊過程和零件的製造與裝配過程(如電鍍、焊接)中進入鋼材內部的微量氫(10—6量級)在內部殘餘的或外加的應力作用下導致材料脆化甚至開裂。在尚未出現開裂的情況下可以通過脫氫處理(例如加熱到200℃以上數小時,可使內氫減少)恢復鋼材的性能。因此內氫脆是可逆的。

2危害

氫損傷導致金屬或金屬材料的韌性和塑性降低,易使材料開裂或脆斷。
氫脆鋼中氫所引起的脆性,又稱氫致開裂或氫損傷。鋼中的氫會導致鋼的力學性能下降,如鋼中白點、氫腐蝕、環境氫與應力交互作用形成的應力腐蝕等。鋼中氫的來源有:(1)在冶鍊、酸洗、焊接或電鍍等工藝過程中鋼所吸收的氫。(2)使用過程中由環境中吸收的氫。含氫介質有H2、H2s等氣體,或在水溶液中腐蝕時陰極過程所釋放的氫。

3氫損傷試驗

研究氫脆可用拉伸試驗,將預先充氫的試樣用斷面收縮率的變化來確定其脆化係數I:
I=(Ψ0-ΨH)/Ψ0*100%
式中Ψ0和ΨH分別為未充氫和充氫試樣的斷面收縮率。I值越大,鋼的氫脆敏感性也越大。現在也廣泛用斷裂力學來研究氫脆,採用預製裂紋的試樣,在致氫脆環境中或預先充氫載入,測定斷裂時間(Tf)和斷裂應力(óf)隨著應力場強度因子(Ki)的降低而增加,當Ki下降趨於一個穩定值Kiscc稱為應力腐蝕(氫脆)臨界。應力場強度因子。圖3為斷裂時間(Tf)與應力場強度因子(Ki)的關係。由斷裂力學可知,它與ó1和臨界裂紋深度ac之間的關係為
KIscc=α(πac)1/2óf
式中α為形狀因子,可由有關斷裂力學的手冊中查到。

4氫的影響

影響鋼氫脆的因素是一定濃度的氫。一定的拉伸應力和敏感的顯微組織。馬氏體組織伴隨有較大的相變應力,這種組織對氫脆特別敏感,其次為貝氏體、屈氏體。一般索氏體,鐵素體+珠光體,其氫脆敏感性較小。
白點鋼中氫引起的一種內部裂紋,在斷口上面呈現圓形或橢圓形銀白色斑點,多在鋼坯、重軌和大鍛件中出現。對白點比較敏感的鋼主要是合金結構鋼和部分合金工具鋼。當鋼中氫含量高時,鋼顯著變脆,甚至失去塑性。當含氫高時,鋼中又有相當大的內應力,這種內應力一方面來自過飽和氫從鋼中析出所產生的

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