词条 | 氢损伤 |
释义 | 氢损伤介绍氢损伤是指金属中由于含有氢或金属中的某些成分与氢反应,从而使金属材料的力学性能发生改变的现象。 氢损伤 金属由于内部溶入氢原子或内部的氢在起还原作用而引起的损伤甚至引起构件破坏,电镀、酸洗、潮湿环境下的焊接、高温临氢环境(加氢反应、氮氢气合成氨的反应)、非高温临氢环境(含硫化氢和氰化物的溶液)均能引起不同性质的氢损伤 氢损伤分为四类: 氢腐蚀: 高温下(205~595℃),氢与合金成分发生化学反应。 脱碳:氢腐蚀的特殊情况,是在高温(205~595℃)下发生的,主要是在高温下氢原子渗入钢内与碳化合成甲烷,使钢材脱碳,温度降低后也会使钢材表面发生鼓泡。在介质含氢的条件下,也可在钢材表面脱碳。 氢鼓泡:若钢材溶入原子态氢,然后结成分子态氢,并聚集在显微空穴中,形成巨大内压力,足以使金属表面出现小鼓泡。最易发生鼓泡的温度为0~150℃; 氢脆:氢脆发生在钢材中,当钢中含有(0.1~10)×10—6的氢,并在拉应力与慢速应变时钢材表现出脆性上升,甚至出现裂纹。在-100~100℃的温度范围内极易发生氢脆。内氢脆是氢脆的一种,是经典的氢脆问题。在材料的冶炼过程和零件的制造与装配过程(如电镀、焊接)中进入钢材内部的微量氢(10—6量级)在内部残余的或外加的应力作用下导致材料脆化甚至开裂。在尚未出现开裂的情况下可以通过脱氢处理(例如加热到200℃以上数小时,可使内氢减少)恢复钢材的性能。因此内氢脆是可逆的。 危害氢损伤导致金属或金属材料的韧性和塑性降低,易使材料开裂或脆断。 氢脆钢中氢所引起的脆性,又称氢致开裂或氢损伤。钢中的氢会导致钢的力学性能下降,如钢中白点、氢腐蚀、环境氢与应力交互作用形成的应力腐蚀等。钢中氢的来源有:(1)在冶炼、酸洗、焊接或电镀等工艺过程中钢所吸收的氢。(2)使用过程中由环境中吸收的氢。含氢介质有H2、H2s等气体,或在水溶液中腐蚀时阴极过程所释放的氢。 氢损伤试验研究氢脆可用拉伸试验,将预先充氢的试样用断面收缩率的变化来确定其脆化系数I: I=(Ψ0-ΨH)/Ψ0*100% 式中Ψ0和ΨH分别为未充氢和充氢试样的断面收缩率。I值越大,钢的氢脆敏感性也越大。现在也广泛用断裂力学来研究氢脆,采用预制裂纹的试样,在致氢脆环境中或预先充氢加载,测定断裂时间(Tf)和断裂应力(óf)随着应力场强度因子(Ki)的降低而增加,当Ki下降趋于一个稳定值Kiscc称为应力腐蚀(氢脆)临界。应力场强度因子。图3为断裂时间(Tf)与应力场强度因子(Ki)的关系。由断裂力学可知,它与ó1和临界裂纹深度ac之间的关系为 KIscc=α(πac)1/2óf 式中α为形状因子,可由有关断裂力学的手册中查到。 氢的影响影响钢氢脆的因素是一定浓度的氢。一定的拉伸应力和敏感的显微组织。马氏体组织伴随有较大的相变应力,这种组织对氢脆特别敏感,其次为贝氏体、屈氏体。一般索氏体,铁素体+珠光体,其氢脆敏感性较小。 白点钢中氢引起的一种内部裂纹,在断口上面呈现圆形或椭圆形银白色斑点,多在钢坯、重轨和大锻件中出现。对白点比较敏感的钢主要是合金结构钢和部分合金工具钢。当钢中氢含量高时,钢显著变脆,甚至失去塑性。当含氢高时,钢中又有相当大的内应力,这种内应力一方面来自过饱和氢从钢中析出所产生的 |
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