氢脆断裂课件

一.氢脆断裂某些金属或合金在腐蚀性介质中，受拉应力（或残余应力）的作用，同时又有电化学腐蚀而导致正常的韧性材料迅速开裂和早期脆性损坏的现象，称为应力腐蚀断裂。某些金属或合金中原来就存在或吸收了过量的氢，在外加张应力或残余应力的作用下引起的脆性开裂称为氢脆断裂。二者常常共存。二、氢脆常发生于高强度钢和高强度合金中。主要特征：拉伸塑性降低缺口抗拉强度降低静载条件下的延迟断裂屈服强度不受明显影响易发生于低应变速率及中温范围1、断口宏观特征1）典型的脆性断裂特征：平齐、光亮，常存在放射状棱线或呈颗粒状。2）断口上有时可见银灰色并发亮的斑点，此即白点。2、微观特征1）常呈现沿晶或准解理形貌，有时可见解理或局部韧窝。2）沿晶断口显示出的晶界面平坦且无附着物，有时可见白亮、不规则的细线条。微观断口形貌与含氢量、钢的成分、晶粒大小、应力大小、应变速度及温度等因素有关。三、应力腐蚀和氢脆的比较广义均属应力腐蚀应力腐蚀：应力-阳极过程氢脆：应力-阴极过程差异应力腐蚀：沿晶裂纹优先在表面生核，源点有大量的腐蚀产物。沿晶区有严重的二次裂纹或腐蚀坑。穿晶型的应力腐蚀断口，往往具有泥纹状花样等特征。氢脆：沿晶断裂起源于皮下，呈多源断裂。断口上撕裂棱较多，二次裂纹较少，尚可观察到平行条纹花样，但不同于疲劳纹。在沿晶区能发现韧窝及发纹，在某些区域可观察到氢所引起的准解理面。关于氢脆的问题讨论1、关于氢脆的概念及其危害（1）氢脆[1]：由于吸收和固溶氢原子而导致的脆性。（2）酸脆[1]：由于酸洗以致氢原子扩散到钢内而导致的氢脆。（3）氢脆[2]：工件因吸氢或原材料含氢过高而导致的韧度和延时断裂强度降低的现象。（4）白点[1]：钢经热加工后，在一定温度范围内冷却较快时，由于过饱和的原子氢脱溶进入钢内微隙中合成分子氢，形成巨大压应力，并和钢相变时所产生的局部内应力相结合时，超过钢在这一温度的破断强度而产生的钢材内部的细小裂缝。这种细小裂缝在纵向断口上呈银亮色晶状斑点，所以叫做白点，在横向热酸浸宏观试样上呈细小裂缝，所以也叫发裂（或发纹）。 一般认为：氢含量低于2~3cm3/100g便不会产生白点[3]，此极限含量与钢的成分、锻件尺寸、偏析程度有关。（5）氢损伤[4]：氢对金属的作用往往表现在使金属产生脆性，因而有时把金属的氢损伤统称为氢脆。氢与金属的相互作用可分为物理作用和化学作用两类；氢溶解于金属中形成固溶体，氢原子在金属的缺陷中形成氢分子，这是其物理作用；氢与金属生成氢化物，氢与金属中的第二相作用生成气体产物，这些是化学作用。氢与钢的化学作用主要是与钢中碳化物等第二相反应生成甲烷等气体。氢分子和甲烷分子的体积比氢原子大得多，形成后被封闭在钢材的微隙中，逐渐形成高压，高压作用使微隙壁萌生裂源至发展成裂纹，最终导致钢材的力学性能下降而至构件丧失承载能力。习惯上把氢对钢的物理作用所引起的损伤叫钢的氢脆，而把氢与钢的化学作用引起的损伤叫腐蚀。后者比前者破坏性更大。（6）应力腐蚀开裂[4]：如果钢在冶炼过程中伴有过量氢进入，会使钢件在腐蚀环境服役时由于氢脆而引起应力腐蚀开裂。2、关于“氢脆”的形成原因（1）冶炼时进入[3]（2）钢及低合金钢，经锻造（或重新加热奥氏体化）后在冷却过程中的过冷奥氏体最不稳定区冷却太快，从而使氢原子不能逸出；（3）钢件在表面处理的酸洗过程伴有氢原子渗入。3